Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Опыт и перспективы применения процесса газификации твердого топлива под давлением в системах энергообеспечения промышленных предприятий 9
1.1 Системы энергообеспечения промышленных предприятий 10
1.2 Применение систем газификации твердого топлива при реконструкции промышленных отопительных котельных для когенерационной выработки энергии 17
1.3 Современные технологии газификации твердых топлив в газогенераторах, работающих под давлением 36
1.4 Методы расчета процесса газификации под давлением 44
Глава 2 Физико-химические основы процесса газификации твердого топлива в поточном газогенераторе 57
2.1 Исследование влияния давления на состав генераторного газа 57
2.2 Расчет состава генераторного газа при изменении давления 73
2.3 Методика расчета основных параметров процесса газификации угля в газогенераторе поточного типа 81
2.3.1 Физико-химические процессы преобразования твердого топлива в поточном газогенераторе 81
2.3.2 Основные зависимости методики расчета основных параметров процесса газификации угля в газогенераторе поточного типа 86
2.4 Результаты численных исследований газификации различных углей в газогенераторе поточного типа 94
Глава 3 Разработка методики расчета и оценки эффективности технологической схемы газификации твердого топлива в газогенераторах, работающих под давлением 100
3.1 Алгоритм и основные этапы методики расчета 100
3.2 Методика расчета и оценки эффективности технологической схемы газификации твердого топлива в газогенераторах, работающих под давлением 105
Глава 4 Разработка способа модернизации промышленной котельной с использованием газогенератора, работающего под давлением 123
4.1 Технологическая схема энергообеспечения промышленного предприятия с использованием поточного газогенератора, работающего под давлением 123
4.2 Технико-экономическая оценка эффективности технологической схемы с использованием поточного газогенератора, работающего под давлением 130
4.3 Рекомендации по использованию поточного газогенератора при модернизации промышленной котельной 137
Заключение 141
Список использованной литературы
- Применение систем газификации твердого топлива при реконструкции промышленных отопительных котельных для когенерационной выработки энергии
- Методика расчета основных параметров процесса газификации угля в газогенераторе поточного типа
- Методика расчета и оценки эффективности технологической схемы газификации твердого топлива в газогенераторах, работающих под давлением
- Технико-экономическая оценка эффективности технологической схемы с использованием поточного газогенератора, работающего под давлением
Введение к работе
Актуальность работы.
Современные промышленные предприятия являются крупнейшими потребителями топливно-энергетических ресурсов, вследствие чего затраты на энергоресурсы в структуре себестоимости выпускаемой продукции составляют более 20%.
В настоящее время проблема надежного энергоснабжения промышленных предприятий или жилых районов в крупных и небольших городах может быть решена путем переоборудования котельных, отработавших свой ресурс или требующих реконструкции, в небольшие электростанции с газовыми турбинами. Модернизация котельной может быть осуществлена посредством установки отдельных систем ГТУ или надстройкой действующих котлов. При этом для обеспечения надежного энергоснабжения котельная может быть переведена на твердое топливо. В перспективе низкосортное твердое топливо может стать основным видом органического твердого топлива, поскольку Россия обладает большими его запасами. Однако увеличение потребления ископаемых углей будет сопровождаться ростом экологической нагрузки на окружающую среду.
Основной проблемой при сжигании угля является образование гораздо большего количества вредных газообразных и твердых отходов по сравнению с использованием мазута и природного газа, а также необходимость тонкого измельчения угля и загрязнение поверхностей нагрева котла. Современные угольные технологии должны обеспечивать более полное преобразование химической энергии твердого топлива в тепловую и электрическую энергию, компактность основного оборудования и иметь высокую эффективность. К таким технологиям можно отнести пиролиз, газификацию, технологии приготовления и использования композиционных топлив (водоугольные, мазутоугольные суспензии и др.). Широкие перспективы имеют способы газификации под давлением, поскольку повышение давления газификации способствует увеличению теплотворной способности генераторного газа и интенсификации процесса в целом.
Применение на энергетических объектах технологий газификации твердого топлива под давлением выше атмосферного для энергообеспечения промышленных предприятий позволяет не только улучшить технико-экономические показатели за счет снижения доли затрат на тепловую и электрическую энергию в себестоимости продукции, но и использовать газотурбинные установки без дополнительного компремирования полученного газа. Однако при этом возрастают капитальные и эксплуатационные затраты на газогенератор, поэтому необходима комплексная оценка эффективности технологических схем с газификацией твердого топлива по энергетическим и технико-экономическим показателям.
Цель работы
Разработка и оценка эффективности технологической схемы энергообеспечения промышленных предприятий с газификацией угля под давлением на основе расчета процесса в газогенераторах поточного типа.
Основные задачи исследований включают:
получение зависимостей для определения состава генераторного газа при изменении давления;
создание методики расчета основных параметров процесса газификации угля под давлением в поточном газогенераторе;
3) разработка методики расчета и оценки эффективности систем
энергообеспечения промышленных предприятий с использованием технологии
газификации угля;
4) разработка технологической схемы энергообеспечения промышленного
предприятия с газификацией угля и ее сравнительная оценка с существующими
аналогами.
Научная новизна выполненных исследований:
- получены зависимости для определения состава генераторного газа при
изменении давления газификации с учетом состава топлива для различных типов
углей;
- создана методика расчета основных параметров процесса газификации угля в
газогенераторе поточного типа, позволяющая определить время газификации с
учетом размеров частиц, состава угля и окислителя;
разработана методика расчета и оценки эффективности систем энергообеспечения промышленных предприятий с использованием технологии газификации угля в газогенераторах поточного типа, работающих под давлением.
Практическое значение результатов работы:
Методика расчета и оценки эффективности технологических схем с газотурбинными установками, сжигающими генераторный газ, полученный при газификации угля, может использоваться при разработке вариантов модернизации промышленных котельных или строительства энергетических объектов малой мощности до 25 МВт, предназначенных для автономного энергоснабжения промышленных предприятий.
Разработана технологическая схема энергообеспечения промышленного предприятия с газификацией угля под давлением.
Предложены рекомендации по использованию поточных газогенераторов, работающих под давлением, в технологических схемах энергообеспечения промышленных предприятий.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
зависимости для определения состава генераторного газа при изменении давления для различных типов углей;
методика расчета основных параметров процесса газификации угля под давлением в газогенераторе поточного типа;
методика расчета и оценки эффективности систем энергообеспечения промышленных предприятий с использованием технологии газификации угля в газогенераторах поточного типа, работающих под давлением;
технологическая схема энергообеспечения промышленного предприятия с газификацией угля под давлением;
рекомендации по использованию поточных газогенераторов, работающих под давлением, в технологических схемах энергообеспечения промышленных предприятий.
Достоверность полученных результатов подтверждается использованием при математическом моделировании и формировании методики классических подходов, основанных на фундаментальных законах технической термодинамики, сравнением с известными экспериментальными данными.
Реализация работы.
Результаты работы использованы при реализации Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы (государственные контракты № 02.740.11.0062, № 02.740.11.0072), ФЦП «Исследования и разработка по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» (государственный контракт № 02.516.11.6040), а также гранта РФФИ (№ 08-08-00233).
Проект по результатам диссертационной работы удостоен диплома лауреата конкурса 2010 года 50 лучших инновационных идей для Республики Татарстан в номинации «Старт инноваций».
Апробация работы.
Основные положения работы были представлены, доложены и обсуждены: на XIX Международной научно-практической конференции «Казантип-ЭКО-2011. Инновационные пути решения актуальных проблем базовых отраслей, экологии, энерго- и ресурсосбережения», г. Щелкино, Украина, июнь 2011 г.; на XVII Международной конференции по химической термодинамике в России, Казань, июль 2009 г.; на X, XII Международном симпозиуме «Энергоресурсоэффективность и энергосбережение», Казань, декабрь 2009, 2011 г.; на 21-ой, 23-ей Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий», Казань, май 2009, 2011 г.; VII Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН В.Е. Алемасова, Казань, сентябрь 2010 г.; X Международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии», Казань, май 2009 г; ежегодных итоговых научных конференциях Казанского научного центра Российской академии наук, Казань, 2009-2011 г.; ежегодных научных аспирантских семинарах Исследовательского центра проблем энергетики КазНЦ РАН, Казань, 2009-2011 г.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, в том числе 6 статей, рекомендованных ВАК, зарегистрирован 1 патент на изобретение.
Объем и структура работы.
Диссертация изложена на 176 страницах и состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Работа содержит 41 рисунок и 17 таблиц, библиографический список литературы из 144 наименований.
Применение систем газификации твердого топлива при реконструкции промышленных отопительных котельных для когенерационной выработки энергии
Системы технологического пароснабжения промышленных предприятий классифицируются по следующим признакам: 1) вид основного источника пароснабжения: ТЭЦ, центральные или местные котельные; 2) объем потребления пара: малый - до 6 кг/с; средний - 6-20 кг/с; большой - более 20 кг/с; 3) состояние пара: перегретый, насыщенный, совместное использование перегретого и насыщенного пара; 4) давление пара на входе в распределительную паровую сеть предприятия: низкое - менее 0,3 МПа; среднее - от 0,3 до 0,9 МПа; повышенное - от 0,9 до 1,5 МПа и высокое - более 1,5 МПа; 5) сложность паровой сети: протяженность, разветвленность и пр.; 6) организация систем сбора и возврата конденсата: закрытого и открытого типов; 7) структура теплопотребления: с преобладанием технологических или санитарно-технических нагрузок; 8) характер графика теплопотребления в течение рассматриваемого периода: резко выраженный, равномерный [3].
Промышленные предприятия являются крупнейшими потребителями не только тепловой, но и электрической энергии. Обеспечение качественным гарантированным и бесперебойным электропитанием производственных линий, автоматизированных систем управления и контроля, видеонаблюдения, охранно-пожарной сигнализации, оборудования связи при возникновении сбоев в электропитании, низком качестве или пропадании основного энергоснабжения является главной задачей комплексного энергообеспечения для промышленных предприятий.
Системы электроснабжения промышленных предприятий создаются для обеспечения питанием электроэнергией промышленных приемников электрической энергии, к которым относится электродвигатели различных машин и механизмов, электрические печи, электролизные установки, аппараты и машины для электрической сварки, установки освещения, цеховые, лабораторные установки и др. [4, 5]. В этих целях на предприятиях широко используются паро- или газотурбинные приводы [3].
Промышленных потребителей электроэнергии систематизируют по эксплуатационно-техническим признакам: производственному назначению, производственным связям, режимам работы, мощности и напряжению, роду тока, территориальному размещению, требованиям к надежности электроснабжения, стабильности расположения электроприемников.
По надежности электроснабжения электроприемники разделяются на три категории:
К 1 категории относят электроприемники, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный ущерб предприятию, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса (насосы водоснабжения и канализации, газоочистка, приводы вращающихся печей, газораспределительные пункты, вентиляторы промышленные, аварийное освещение и др.)
Из состава I категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийной остановки производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего оборудования. Например, в черной металлургии - электродвигатели насосов водоохлаждения доменных печей.
Ко II категории относятся электроприемники, перерывы в электроснабжении которых приведут к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта. К III категории относят все остальные электроприемники, не входящие в I и II категории. Это различные вспомогательные механизмы в основных цехах, цеха несерийного производства. Расход электрической энергии промышленных потребителей определяется на сновании годового объема и удельного расхода выпускаемой продукции, нагрузка рассчитывается на основании существующих методик по определению электрических нагрузок для промышленных предприятий [6].
Выработка электрической энергии совместно с отпуском тепловой энергии от паросиловой установки позволяет достичь экономии топливных ресурсов по сравнению с альтернативным вариантом, когда электроэнергия вырабатывается на конденсационной электростанции (КЭС), а теплота - в котельной.
Комбинированной выработкой тепловой и электрической энергии называется процесс, при котором теплота рабочего тела, отработавшего в силовом процессе, используется для обеспечения внешних потребителей или обеспечения затрат тепловой энергии на собственные нужды установки. Рабочим телом такой установки могут быть пары и газы различного состава [3].
Снабжение крупных потребителей тепловой и электрической энергией производится централизованно. Потребители пара промышленных параметров при наличии собственных источников тепловой энергии, в число которых входят и утилизационные установки, на своей территории организовывают объединенную систему пароснабжения, к которой подключаются несколько источников теплоты, как внутренних, так и внешних [3].
Производство энергоносителей обеспечивается теплофикационными турбоустановками большой единичной мощности. Начальные параметры пара, поступающего в турбину — высокие или закритические. Теплофикационные паровые турбины бывают двух видов: 1) конденсационные с регулируемыми отборами пара для обеспечения внешних потребителей и регенеративными отборами для обеспечения собственных нужд. К этому виду относятся турбоустановки типов:
Методика расчета основных параметров процесса газификации угля в газогенераторе поточного типа
Основными окислителями, реагирующими с углеродом топлива, являются кислород, воздух, водяной пар и углекислота, а также их смеси. В зависимости от вида применяемого дутья газ называется воздушным, водяным, паровоздушным, парокислородным и смешанным [36].
Различными способами газификации можно получить горючие газы любого состава, начиная от водорода, оксида углерода и метана, их смесей в различных пропорциях, пригодных для синтеза аммиака, метанола и заканчивая генераторным газом, который можно использовать в энергетических установках любых типов [34].
Основными показателями процесса газификации являются состав генераторного газа, его теплотворная способность и выход на единицу перерабатываемого топлива. Режимными параметрами, от которых зависит процесс газификации и состав генераторного газа, выступают температура и давление процесса, размер и характеристики исходного топлива, тип и свойства дутья.
Важную роль в образовании генераторного газа играет организация процесса газификации, зависящая от конструкции газогенератора (слоевой или поточный аппарат).
Наглядное представление о процессах образования генераторного газа применительно к прямому процессу газификации, дает рис. 2.1 [104]. В газогенераторах прямого процесса газификации подача воздуха осуществляется снизу, а газ отбирается сверху. В обращенном процессе газификации воздух подается в среднюю по высоте часть газогенератора, в которой и происходит процесс газификации; образующиеся при этом газы отводятся снизу. Данные газогенераторы отличаются расположением зон подсушки топлива, выделения летучих и зоны газификации, способом подвода окислителя, подачей топлива и, следовательно, составом получаемого газа. Вфной пар То п п и 6 Q Воздух
В верхнем ряду схемы показано топливо, которое состоит из углерода Ст, водорода Нт, кислорода От, азота NT, влаги Wp и золы Ас; воздух, состоящий из кислорода 02 и азота N2, а также водяной пар Н20, подводимые в газогенератор в качестве окислителей. Во втором и третьем рядах, относящихся к зонам подсушки и сухой перегонки, показаны выделяющиеся в этих зонах продукты -гигроскопическая влага, химически связанная влага и летучие вещества. В четвертом и пятом рядах показаны процессы, происходящие в активной зоне газогенератора - зоне газификации. В нижнем ряду приведены конечные продукты - компоненты генераторного газа, полученные в результате газификации и сухой перегонки топлива.
Углерод расходуется на образование углекислого газа С02, окиси углерода СО, а также на разложение водяного пара с образованием окиси углерода СО и свободного водорода Н2. Азот воздуха N2 и азот топлива NT не участвуют в реакциях и переходят в генераторный газ без изменения.
Часть кислорода От и водорода Нт топлива образуют химическую воду, которая вместе с гигроскопической влагой топлива W и влагой, подведенной в составе окислителя, частично участвует в процессе газификации, а частично переходит в газ без изменений.
Не участвующие в указанных реакциях кислород, водород и углерод топлива образуют продукты сухой перегонки, которые в газогенераторах прямого процесса газификации переходят в газ в неизмененном виде, а в газогенераторе обращенного процесса в большей своей части сгорают и подвергаются разложению в активной зоне.
Эти дополнительно происходящие в газогенераторе обращенного типа процессы показаны на схеме пунктирными линиями. В обращенном газогенераторе вода извне обычно не подается, и компоненты водяного газа образуются только из влаги топлива.
Зола топлива Ас, а также часть не сгоревшего углерода топлива Ст попадают в зольник и в некотором количестве уносятся вместе с газом из газогенератора. Таким образом, газ, выходящий из газогенератора, состоит из горючих компонентов (СО, Н2, СН4, CnHm), балласта (СО2, 02, N2, Н20) и содержит пыль, состоящую из золы и сажи.
В данной схеме не представлен процесс изменения серы в составе топлива при газификации, которая соединяясь с водородом, образует сероводород. Сероводород не участвует в реакциях газификации, но входит в состав генераторного газа в небольшом количестве.
Соотношение между горючими компонентами и наличие балласта в газе зависят от количества воды, участвующей в процессе, содержания летучих в топливе и от режима газификации [104].
Рассмотрим результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса газификации твердого топлива под давлением, проведенных советскими и зарубежными учеными. Губман О. и Данулат Ф. провели исследования процесса газификации топлива под давлением на парокислородном дутье [36]. На рис. 2.2 представлены результаты Данулата Ф. по изучению состава сырого (не отмытого от С02) и чистого (отмытого от С02) газа в зависимости от давления, а также изменение теплотворной способности генераторного газа. Как видно из графиков, с ростом давления увеличивается содержание СО и СН4 и уменьшается Н2 и С02.
Методика расчета и оценки эффективности технологической схемы газификации твердого топлива в газогенераторах, работающих под давлением
Выбор технологии газификации твердого топлива для оценки возможности ее применения в условиях конкретного источника энергоснабжения промышленного предприятия должен осуществляться на основании результатов термодинамических и технико-экономических расчетов. Поэтому необходима комплексная методика, которая позволила бы определять эффективность технологической схемы с газификацией в зависимости от потребляемой мощности промышленного предприятия, характеристик топлива, имеющегося оборудования, стоимости основных энергоносителей и оборудования, а также проводить сравнение различных технологических схем с последующим выбором наиболее эффективной и экономически целесообразной. В связи с этим разработана методика расчета и оценки эффективности технологической схемы энергообеспечения промышленного предприятия с газификацией твердого топлива, общие принципы которой представлены в виде алгоритма (рис. 3.1). Подробное описание элементов алгоритма расчета технологической схемы энергообеспечения промышленного предприятия с газификацией твердого топлива представлено ниже.
Блок 1. Анализ существующей технологической схемы энергообеспечения промышленного предприятия
Технологическая схема энергообеспечения промышленного предприятия характеризуется сложной структурной организацией, объединяющей технические устройства, начиная от инженерных коммуникаций, транспортной сети для доставки энергоносителей и заканчивая системой распределения тепловой и электрической энергии.
Анализ технологической схемы включает в себя следующее: определение характеристик имеющегося основного и резервного оборудования, потребности промышленного предприятия в энергоснабжении, расстояние от источника энергоснабжения до потребителя, наличие площадки и инфраструктуры для установки дополнительного оборудования.
Для выбора твердого топлива, в первую очередь, учитывается вид используемого и резервного топлива, определяется возможность использования местных твердых топлив. Выбор твердого топлива определяется его местными запасами, транспортной сетью для доставки, стоимостью и характеристиками. Учитывается наличие системы пылеприготовления топлива и площадки для установки оборудования системы подготовки топлива.
Блок подготовки топлива включает в себя систему сушки и пылеприготовления топлива с подачей угольной пыли в блок газификации. Основным оборудованием блока подготовки топлива являются углеразмольные мельницы, основные качественные характеристики установлены ГОСТ 4.41486. В Выбор типа мельницы зависит от свойств используемого топлива и типа системы пылеприготовления. Работа углеразмольной мельницы должна обеспечивать получение пыли заданной тонкости и влажности. Молотковые мельницы применяются для размола бурых и каменных углей с невысокой абразивностью и предназначены для использования в системах пылеприготовления практически любого типа. Мельницы-вентиляторы используются для размола высоковлажных топлив и совмещают размол и перемещение топлива вместе с сушильным агентом. Шаровые барабанные мельницы являются универсальными и применяются для твердых абразивных топлив и в любых системах пылеприготовления. На основании анализа существующей технологической схемы энергообеспечения промышленного предприятия и выбора твердого топлива с системой его подготовки осуществляется ввод исходных данных для расчета. Для всей схемы задается: мощность и характеристики генерирующего оборудования, температура окружающей среды и др. Для блока подготовки топлива: расход и характеристики угольной пыли, параметры сушильного агента. Для блока подготовки окислителя: расходы и параметры воздуха, водяного пара, характеристики оборудования.
Для блока газификации топлива: расходы и характеристики угольной пыли, расход и параметры окислителя, температура и давление газификации, расход и свойства газа рециркуляции. Блок 5. Расчет блока подготовки топлива. Включает в себя подбор основного оборудования системы пылеприготовления, определение вида сушильного агента с последующим расчетом его расхода, составление материальных и тепловых балансов для блока подготовки топлива. Блок б. Расчет блока подготовки окислителя. Включает в себя подбор воздухоразделительной установки из типоразмерного ряда, определение расхода и свойств окислителя, составление материального и теплового балансов. Блок 7. Расчет блока газификации с системой пылегазоочистки. Расчет блока газификации проводится с использованием полученных зависимостей по определению состава и теплотворной способности генераторного газа и математической модели поточного газогенератора, работающего под давлением. На основании данного расчета определяются основные параметры газогенератора, и подбирается оборудование системы пылегазоочистки с последующим его расчетом.
Оценка энергетической и технико-экономической эффективности технологической схемы энергообеспечения промышленного предприятия.
В качестве метода анализа энергетической эффективности используется эксергетический метод термодинамического анализа. Критерием оценки эффективности выступает эксергетический КПД для отдельных блоков и всей технологической схемы.
Оценка технико-экономической эффективности проводится с использованием термоэкономического метода, который учитывает термодинамические и технико-экономические показатели. Критерием термоэкономической эффективности является термоэкономический КПД и удельные приведенные затраты на единицу эксергии, которые определяются посредством построения термоэкономической диаграммы.
На основании полученных результатов оценки эффективности проводится сравнение технологической схемы энергообеспечения промышленного предприятия с газификацией твердого топлива с модернизируемой схемой, работающей на газообразном топливе, с существующими тарифами для потребителей и последующим выбором наиболее эффективного метода использования энергоресурсов в производстве энергии.
Критерием для сравнения технологических схем выступает себестоимость полученной энергии. В том случае, если технологическая схема с газификацией твердого топлива не удовлетворяет запросам потребителей по себестоимости энергии, расчет проводится для другого вида твердого топлива, и варьируются режимные параметры блока газификации.
Технико-экономическая оценка эффективности технологической схемы с использованием поточного газогенератора, работающего под давлением
Крупные капиталовложения вложения в схему, работающую на угле, объясняется первоначальными капиталовложениями в оборудование системы газификации с новой системой подготовки топлива. В настоящее время удельные капиталовложения для парогазовых установок с газификацией составляют в среднем около 1200-2000дол/кВт установленной мощности [15, 21], для разработанной схемы данный показатель составляет от 1300 долл/кВт, что показывает целесообразность внедрения данной схемы. Стоимость сооружения современной пылеугольной электростанции характеризуется показателем 1600-1900 долл/кВт установленной электрической мощности. Себестоимость электроэнергии при работе модернизируемой котельной на угле составляет 2,28 руб/кВт-ч, что существенно ниже себестоимости аналогичной схемы, работающей на природном газе, и объясняется стоимостью топлива и первоначальными крупными капиталовложениями. Поскольку имеется тенденция к увеличению цен на природный газ в ближайшем будущем, этот показатель станет еще ниже. Срок окупаемости системы с газогенератором составляет 4 года.
Авторами разработанной схемы котельной с ГТУ, работающими на природном газе [1] отмечается высокая себестоимость получаемой электроэнергии, связанная с обеспечением необходимых больших объемов природного газа и высокой стоимостью топлива. Такие схемы эффективны с существующей надстройкой ГТУ и установкой паровых турбин, когда котельная становится ПГУ-ТЭЦ. В случае же применения в модернизируемой котельной с существующей надстройкой ГТУ системы подготовки угля на основе газификации данное технологическое решение позволяет снизить себестоимость электроэнергии и затраты на топливо.
Установка системы подготовки угля на основе газификации в такую схему котельной с ГТУ позволяет частично заменить дорогостоящий природный газ, тем самым снизить себестоимость производимой электроэнергии, использовать местное топливо и угли с низким качеством, обеспечить надежное электроснабжение собственных нужд котельной и внешних потребителей. Данная технологическая схема может быть использована в качестве автономного бесперебойного источника энергоснабжения промышленного предприятия при аварийных ситуациях в централизованной энергосистеме.
Рекомендации по использованию поточного газогенератора при модернизации промышленной котельной
Системы газификации твердого топлива в поточных газогенераторах, работающих под давлением, могут быть использоваться при разработке вариантов модернизации промышленных котельных или строительства энергетических объектов малой мощности до 25 МВт, предназначенных для автономного энергоснабжения промышленных предприятий для покрытия собственных нужд или частичной нагрузки энергетического предприятия.
Применение поточных газогенераторов под давлением позволяет перерабатывать различные местные твердые топлива, в том числе низкосортные, высоковлажные, зольные и сернистые угли, а также композиционные топлива, полученные на основе угля, воды и мазута [144].
Поточные газогенераторы могут использоваться совместно с системами пылеприготовления, применяемыми при традиционных способах сжигания твердых топлив.
Газификация пылевидного топлива в поточном газогенераторе позволяет сочетать высокую интенсивность процесса с широкими пределами регулирования как по составу и теплотворной способности генераторного газа, так и по количеству исходного топлива.
Поточные газогенераторы являются компактными, обеспечивают непрерывность и поточность работы аппарата, что позволяет их применять для переработки больших количеств топлива и бесперебойно подавать полученный газ как на сжигании, так и на дальнейшую переработку.
Путем вариации скорости подачи топлива питателями быстро осуществляется регулировка мощности газификатора в пределах 60-100 %. При необходимости работа может быть остановлена практически мгновенно. Поскольку единственными движущимися частями поточного газогенератора являются подающие устройства, системы газификации являются износоустойчивыми и техническое обслуживание в процессе эксплуатации сводится к минимуму благодаря автоматизации процесса.
Применение поточной газификации позволяет использовать, как одиночные газогенераторы различной мощности, так и блочную компоновку нескольких аппаратов единичной мощности. В последнем случае автоматизируется процесс газификации, и увеличивается производительность системы получения генераторного газа.
Благодаря высокой температуре процесса (1400-2000 С) достигается высокая степень превращения углерода, причем, все органические вещества угля переходят только в газообразные продукты, и при их охлаждении не выделяется смола и фенолсодержащие продукты, что упрощает очистку газа.
Объемы генераторного газа меньше, чем объемы природного газа, поэтому из него удобнее выделять сернистые соединения, СОг до стадии сжигания, тем самым, достигается чистота дымовых газов.
В качестве системы пылегазоочистки генераторного газа может быть применено традиционное оборудование для очистки газов - циклоны, фильтры, скрубберы. При выборе такого оборудования должны учитываться высокая температура, давление и состав генераторного газа.
Зола, полученная при газификации в поточном газогенераторе, в виду высокой степени газификации отличается от свойств золы полученной в слоевых аппаратах и при сжигании углей традиционными способами, что позволяется ее использовать для утилизации с уловленным С02 из генераторного газа для производства строительного сырья.
Системы подготовки топлива на основе газификации в поточных газогенераторах могут быть легко включены в технологические схемы с уже имеющейся системой топливоподачи, топливоприготовления и пылегазоочистки, что снижает затраты на внедрение и обслуживание данной технологии.
Применение систем газификации на основе поточной газификации с пылегазоочисткой генераторного газа позволяет внедрять на промышленной котельной систему комплексной утилизации газообразных выбросов и твердых золошлаковых отходов, тем самым улучшая не только экологические, но и технико-экономические показатели энергетического объекта при использовании твердого топлива.
