CZ22825U1 - Zařízení na výrobu elektrické energie a tepla - Google Patents
Zařízení na výrobu elektrické energie a tepla Download PDFInfo
- Publication number
- CZ22825U1 CZ22825U1 CZ201124465U CZ201124465U CZ22825U1 CZ 22825 U1 CZ22825 U1 CZ 22825U1 CZ 201124465 U CZ201124465 U CZ 201124465U CZ 201124465 U CZ201124465 U CZ 201124465U CZ 22825 U1 CZ22825 U1 CZ 22825U1
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- steam
- energy
- gas
- synthetic gas
- turbine
- Prior art date
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 104
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims description 23
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 19
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 17
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 7
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 description 14
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 13
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 13
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 9
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 238000013461 design Methods 0.000 description 8
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 8
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 8
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 6
- 238000004157 plasmatron Methods 0.000 description 5
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 5
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 5
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 4
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 4
- 238000004017 vitrification Methods 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 238000009272 plasma gasification Methods 0.000 description 3
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 239000008400 supply water Substances 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- SQKUFYLUXROIFM-UHFFFAOYSA-N 2-[2-[carboxymethyl-[[3-hydroxy-2-methyl-5-(phosphonooxymethyl)pyridin-4-yl]methyl]amino]ethyl-[[3-hydroxy-2-methyl-5-(phosphonooxymethyl)pyridin-4-yl]methyl]amino]acetic acid Chemical compound CC1=NC=C(COP(O)(O)=O)C(CN(CCN(CC(O)=O)CC=2C(=C(C)N=CC=2COP(O)(O)=O)O)CC(O)=O)=C1O SQKUFYLUXROIFM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 1
- CLSVJBIHYWPGQY-UHFFFAOYSA-N [3-(2,5-dimethylphenyl)-8-methoxy-2-oxo-1-azaspiro[4.5]dec-3-en-4-yl] ethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OC1=C(C=2C(=CC=C(C)C=2)C)C(=O)NC11CCC(OC)CC1 CLSVJBIHYWPGQY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 239000010425 asbestos Substances 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005108 dry cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000009313 farming Methods 0.000 description 1
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 239000002920 hazardous waste Substances 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 239000006028 limestone Substances 0.000 description 1
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 238000003303 reheating Methods 0.000 description 1
- 229910052895 riebeckite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000010801 sewage sludge Substances 0.000 description 1
- 230000003584 silencer Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000004154 testing of material Methods 0.000 description 1
- -1 tires Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Description
Oblast techniky
Technické řešení se týká zařízení na výrobu elektrické energie a tepla ze syntetického plynu, který je získán zplyňováním organického materiálu, kupř. komunálního odpadu, průmyslového odpadu, biomasy a to pomocí termického plazmatu v prostředí reaktoru (pyrolýza, zplyňování a vitrifikace). Dále se technické řešení týká zařízení k provádění způsobu.
Dosavadní stav techniky
Dosud známá zařízení a způsoby pro výrobu elektrické energie a tepla ze syntetického plynu, který je získán zplyňováním organického materiálu (komunálního, průmyslového odpadu, bio10 masy) pomocí termického plazmatu v prostředí reaktoru (pyrolýza, zplyňování a vitrifikace) využívají plazmové zplyňování organických hmot s následnou výrobou elektrické energie. Výroba elektrické energie probíhá buď v kombinovaném cyklu a nebo v jednoduchém cyklu.
Pri výrobě elektrické energie v kombinovaném cyklu se pro účely výroby syntetického plynu (směs CO, H2, CO2) se používají reaktory s kapacitou 10/20 tun vstupního materiálu za hodinu. i5 Vstupní organický materiál je v reaktoru zplyňován, přičemž potřebná energie k rozkladu složitých sloučenin je dodávána energii plazmy a parciální oxidací části vznikajícího kysličníku uhelnatého (exotermní reakce). Díky vysoké provozní teplotě uvnitř reaktoru má syntetický plyn na výstupu z reaktoru teplotu přibližně 1250 °C. Uvedená technologie využívá částečně tepelné energie syntetického plynu, ale zejména jeho chemické energie v kombinovaném cyklu výroby el. energie (spalinové + parní turbína). Syntetický plyn je bezprostředně po opuštění reaktoru zchlazen na 800 °C pomocí sprchového chladiče, čímž dochází ke ztrátě části jeho tepelné energie. Syntetický plyn o teplotě 800 °C vstupuje do parního výměníku, kde je vyráběna pára pro parní turbínu. Ochlazený syntetický plyn je následně zbaven zbývajících prachových částic na rukávovém filtru a podle požadavků výrobců turbín jsou dále odstraněny další nežádoucí látky jako jsou kyselé plyny (HCL a H2S) prostřednictvím průmyslově odzkoušených technologií. Syntetický plyn je po vyčištění zkomprimován na cca 25 barů, a po odstranění přebytečné vlhkosti je připraven k použití jako palivo pro spalinovou turbínu a první stupeň výroby el. energie. Tepelná energie spalin je využita v parním výměníku II k výrobě páry, která je spolu s párou vyrobenou ve výměníku I použita k druhému stupni výroby el. energie.
Při výrobě elektrické energie v jednoduchém cyklu se pro účely výroby syntetického plynu (směs CO, H2, CO2) používají reaktory s kapacitou 10/20 tun vstupního materiálu za hodinu. Vstupní organický materiál je v reaktoru zplyňován, přičemž potřebná energie k rozkladu složitých sloučenin je dodávána energií plazmy a parciální oxidací části vznikajícího kysličníku uhelnatého (exotermní reakce). Syntetický plyn je bezprostředně po výstupu z reaktoru spálen ve spalovací komoře. Spaliny jsou využity k výrobě páry v parním kotli, která je využita k pohonu parní turbíny a výrobě el. energie.
Výše uvedené způsoby výroby el. energie ze syntetického plynu vykazují některé nevýhody a nedostatky:
Kapacita těchto zařízení je pri využití pracovního fondu 8000 hod./rok zpracování 160 000 tun vstupního materiálu ročně, což značně omezuje širší nasazení této technologie z hlediska logistiky a svozové vzdálenosti.
Výše uvedené způsoby výroby el. energie ze syntetického plynu vykazuj nižší účinnost zařízení tj. poměr vlastní spotřeby k celkově vyrobené el. energie, v případě jednostupňové výroby (parní turbína) dokonce výrazně nižší účinnosti. V případě kombinovaného cyklu je nižší účinnost vý45 sledkem nedokonalého využití tepelné energie syntetického plynu a vysokou vlastní spotřebou el. energie především pro provoz kompresorů.
Nevýhodou spalinové turbíny je, že je velmi citlivá na vyrovnané zásobování palivem o stabilní kvalitě. Spalinové turbíny dosahují optimální účinnosti v situaci, kdy jsou provozovány v oblasti
- 1 CZ 22825 Ul až 100 % svého nominálního výkonu, což znamená, že při případném zhoršení kvality syntetického plynu a nebo zmenšení množství plynu vycházejícího z reaktoru, klesá i celková elektrická účinnost turbín. Turbíny jsou též velice citlivé na výhřevnost plynu a jelikož syntetický plyn je klasifikován jako plyn „chudý“ je za určitých provozních stavů potřeba provoz turbíny dotovat zemním plynem. Dalšími limitujícím faktorem je závislost kapacity zařízení (reaktoru) na kapacitě spalinové turbíny jelikož její velikost je dána výrobní typovou řadou turbín. Ačkoliv provoz reaktoru je velmi pružný (60 až 110 % nominální kapacity) nelze z výše uvedených důvodů této výhody využít.
Toto technologické řešení vykazuje vyšší rizikovost snížení fondu pracovní doby v případě poruchy energetického zařízení, jelikož se počítá s nasazením jedné spalinové a jedné parní turbíny což znamená při servisní odstávce, nebo poruše turbín i nutné odstavení reaktoru.
Celkovým cílem předkládaného technického řešení je proto navrhnout zdokonalené a efektivnější zařízení na výrobu el. energie ze syntetického plynu.
Dalším cílem je navrhnout účinnější zařízení na využití tepelné energie syntetického plynu pro výrobu páry.
Dalším cílem je navrhnout komplexní zařízení na čištění syntetického plynu, které bude umožňovat zpracování i menších objemů produkovaného syntetického plynu v kvalitě požadované pro zpracování v motorech.
Dalším cílem je navrhnout využití syntetického plynu pro vysoce účinnou výrobu el.energie v motorech s generátorem.
Dalším cílem je navrhnout zařízení k využití tepla spalin motorů k výrobě páry a současně využití syntetického plynu z nestandardních provozních stavů.
Dalším cílem je návrh zařízení na využití nízkopotenciálního tepla z bloku motorů k sušení vstupní suroviny.
Další cíle a výhody jsou patrné z následujícího popisu a připojených nároků na ochranu.
Podstata technického řešení
Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny zařízením na výrobu elektrické energie a tepla, obsahující plazmový reaktor, jehož podstata spočívá v tom že k výstupu z plazmového reaktoru i je připojen první utilizační kotel 2 pro zchlazení výstupního syntetického plynu, za kterým je zařazen systém čištění 3 ochlazeného syntetického plynu, ke kterému je připojena alespoň jedna kogenerační jednotka 4 pro výrobu elektrické/tepelné energie propojená s druhým utilizačním kotlem 5, přičemž první utilizační kotel 2 a druhý utilizační kotel 5 jsou na jednom svém výstupu opatřeny prvním a druhým parovodem 2.1 a 5.1. První utilizační kotel 2 využívající tepelné energie syntetického plynu na výrobu vysokotlaké páry je prvním parovodem 2.1 propojen s parní turbínou 6 pro přenos vysokotlaké páry získané z tepelného potenciálu syntetického plynu. Druhý utilizační kotel 5 využívající tepelné energie spalin produkovaných kogenerační mi jednotkami je druhým parovodem 5.1 propojen s parní turbínou 6 pro přenos vysokotlaké páry získané z tepelného potenciálu spalin vycházejících z kogenerační jednotky 4. Parovody 2.1 a 5.1 jsou přivedeny ke vstupu do parní turbíny 6, která je dále na svém výstupu opatřena turbínovým vedením 6.2 tepelné energie a turbínovým vedením 6.1 elektrické energie. Kogenerační jednotka 4 je na svém výstupu opatřena kogeneračním vedením 4.1 elektrické energie a kogeneračním vedením 4.2 tepelné energie. Vedení 4.1 a vedení 6.1 jsou přivedena na sběrné místo 7 elektrické energie.
Popis procesu - pro účely výroby syntetického plynu (směs CO, H2, CO?) se použije reaktor s kapacitou 5 tun vstupního materiálu za hodinu. Vstupní organický materiál je v reaktoru zplyňován, přičemž potřebná energie k rozkladu složitých sloučenin je dodávána energií plazmy a parciální oxidací části vznikajícího kysličníku uhelnatého (exotennní reakce). Díky vysoké provozní teplotě uvnitř reaktoru má syntetický plyn na výstupu z reaktoru teplotu v rozmezí 1000 až 1300 °C (výstupní teplota plynuje závislá na druhu použité vstupní suroviny). V daném technic - 2 CZ 22825 Ul kém řešení je převážná část tepelná energie syntetického plynu převedena do páry jeho zchlazením z výše uvedených teplot na teplotu vhodnou pro následnou operaci, kterou je čištění plynu (180 až 200 °C) ve speciálním vodotrubném utilizačním kotli v plynotěsném provedení (HRSG I) a vzniklá pára je přivedena do pamí turbíny. V dalším provozním souboru je ochlazený syntetic5 ký plyn komplexně vyčištěn kombinovanou technologií, která byla navržena v návaznosti na požadavek dosažení parametrů (max. obsah znečišťujících látek v NmJ plynu) ze strany výrobců motorů kogeneračních jednotek. Jedná se zejména o odstranění prachových částic, kyselých plynů (HC1, H2S) a nadbytečné vlhkosti. Vyčištěný syntetický plyn o teplotě 30 °C je za tlaku 15 kPa plněn spolu se spalovacím vzduchem do spalovacích motorů KJ, kde se využívá jeho i« chemické energie k výrobě el. energie v prvním stupni. Tepelná energie spalin je využita v utilizačním kotli HRSG II k výrobě páry. Vyjma toho je kotel osazen speciálním hořákem, který umožňuje ve specifikovaných provozních stavech spalovat syntetický plyn. Pára z HRSG I a II je přivedena do kondenzační nebo protitlaké turbíny (podle požadavku na výrobu tepla), kde je vyrobena el. energie v druhém stupni. Tepelná energie z chlazení bloku motorů a z chlazení oíe15 jové náplně je většinou využita v pásové sušárně na sušení vstupní suroviny.
Navrhované řešení vykazuje vyšší účinnost využití tepelné energie syntetického plynu a nižší vlastní spotřebu el. energie. Provoz motorů je velmi flexibilní (60 až 100 % své výrobní kapacity) a ve spojení s podobným rozsahem výroby syntetického plynu v reaktoru (60 až 110 % nominální kapacity) je možné velmi efektivně reagovat na různé provozní stavy, aniž by tím utrpěla účin20 nost výroby el. energie nebo provoz reaktoru. I u nejmenší instalace jsou použity tři kogenerační jednotky, které jsou schopny pokrýt provoz reaktoru v povoleném kapacitním rozsahu i pri odstávce, nebo případné poruše jedné z kogeneračních jednotek. Eliminuje se tak riziko snížení fondu pracovní doby v důsledku poruchy energetického bloku. Motory jsou odzkoušeny na použití „chudého“ plynu a jejich výrobci pro dané složení syntetického plynu garantují výkonové parametry a záruční podmínky. Je maximálně využito nízkopotenciálové teplo z chlazení bloku motoru, z chlazení oleje např. pro sušení vstupního materiálu na požadovanou vlhkost. Volba typu pamí turbíny (protitlaká) umožňuje v případě možnosti vyvedení tepla do sítě (párovod, horkovod).
Technické řešení bude nyní podrobněji popsáno s odkazem na připojeném blokovém technolo30 gickém schéma č. 1 na němž jsou uvedeny jednotlivé technologické celky a jejich vzájemné propojení.
Objasnění obrázku na výkrese
Příkladné zařízení na výrobu elektrické energie a tepla bude podrobněji popsáno na konkrétním příkladu provedení s pomocí přiloženého výkresu, kde na obr. 1 je znázorněno příkladné schéma zapojení.
Příklady uskutečnění technického řešení
Na obr. 1, který obsahuje schéma zapojení, je uvedena konkrétní aplikace plazmového zplyňování s následnou výrobou el. energie a tepla pro organickou vstupní surovinu. Jako palivo do reaktoru se využívá vytříděná (od inertních látek, kovů, skla), usušená (využitím tepla z chlazení motorů) vstupní surovina.
Technologie je rozdělena do Provozních celků (PC) a Dílčích provozních celků (DPC):
PC 02 Energocentrum - převezme připravené palivo z PC 01 Příprava paliva, prostřednictvím plazmového zplyňování z něj vyrobí syntetický plyn, který je po úpravě využit k výrobě el. energie a tepla;
DPC 0201 - Surovinové hospodářství (palivo + přídavné látky + struska);
DPC 0202 - Výroba syntetického plynu (zplyňování + chlazení syntetického plynu a výroba páry - HRSG I + čištění syntetického plynu);
-3CZ 22825 Ul
DPC 0203 - Zpracování syntetického plynu (výroba el. energie a tepla v KJ + výroba páry ze spalin - HRSG II);
DPC 0204 - Turbínový blok (výroba el. energie a tepla z páry + chladicí okruh).
Dílčí provozní souborťDPC) 0202 Výroba syntetického plynu:
Reaktor
V reaktoru dochází ke zplyňování vstupní suroviny obsahující uhlík za vzniku syntetického plynu, který je složen především z kysličníku uhelnatého, vodíku a kysličníku uhličitého.
Energie, která je nezbytná k rozkladu vstupní suroviny je dodávána částečně energií plazmatu a částečně exotermickou reakcí, okysličením části kysličníku uhelnatého na kysličník uhličitý.
io Plazmový reaktor je kovová vertikální nádoba sestávající ze tří hlavních částí (horní, střední a dolní část reaktoru). Homí část reaktoru vytváří dostatečný prostor pro potřebnou dobu zdržení vznikajícího syntetického plynu, čímž jsou vytvořeny podmínky pro maximální rozpad složitých organických molekul. Ve střední části reaktoru vzniká při provozu koksové lože na které dopadá vstupní surovina (v homí polovině). Plazmové hořáky jsou umístěny ve spodní polovině střední sekce. Počet hořáků, jejich kapacita a jejich přesné umístění v reaktoru je určeno specifickými energetickými požadavky, které jsou přímo ovlivněny chemickým složením vstupní suroviny. Spodní část reaktoru je určena pro sběr roztavené strusky. Roztavená struska vychází z této části reaktoru přes výpusť na pásový dopravník s vodní lázní za účelem ochlazení strusky a vzniku pevného sklovitého granulátu. Celý vnitřní povrch reaktoru je obložen žáruvzdornými materiály, jejichž tloušťka a chemické složení je odlišné v jednotlivých sekcích reaktoru.
Tvar reaktoru umožňuje maximální využití energie plazmatronů a účinnou transformaci složitých organických látek na jednoduché chemické sloučeniny obsažené v syntetickém plynu (COJ H;). Průběh zplyňování v plazmovém reaktoru je dále regulován dávkováním plynného kyslíku tryskami umístěnými nad koksovým ložem. Vzhledem k tomu, že plazmový reaktor pracuje v substechiometrických podmínkách (s ohledem na kyslík), je nesmírně důležité zamezit nekontrolovanému přístupu vzduchu do reaktoru. Proto jsou instalovány uzavřené plnící komory v atmosféře inertního dusíku, který zamezuje nekontrolovanému vniknutí vzduchu pri zásobování reaktoru vstupní surovinou a přídavnými látkami.
Plazma
Reaktor je vybaven třemi plazmatrony umístěnými po obvodu v jeho spodní části. Plazmatrony, které přinášejí do systému super přehřátý plyn, umožňují obsluze řídit zplyňovací proces v reaktoru nezávisle na kinetice probíhajících reakcí. Jedná se o zařízení vyvíjející ionizovaný, přehřátý plyn překračující teplotu 4000 až 5000 °C. Systém plazmového hořáku je schopen zvýšit specifickou energii procesního plynu dva až desetkrát více než konvenční zařízení na spalování (vyso35 ká hustota energie >100 MW/m5). Řízení procesu probíhá prostřednictvím snižování/zvyšování teploty procesního plynu a množstvím energie dodávané do systému.
Přídavná zařízení k provozu plazmatronů:
- zdroj stejnosměrného napětí
- chlazení plazmatronů demineralizovanou vodou
- zdroj nosného plynu
- zapalovací elektroda
- řídicí systém
HRSG í - utilizační kotel - využití tepelné energie syntetického plynu k výrobě pátý pro parní turbínu
Syntetický plyn produkovaný v reaktoru je bezprostředně přiveden do prostoru HRSG I, kde je využita jeho tepelná energie k výrobě vysokotlaké páry. Jedná se o využití teplotního spádu (v
-4CZ 22825 Ul závislosti na druhu vstupní suroviny) přesahujícího 1000 °C. Zařízení musí být odolné vůči vysokým teplotám a obsahu znečišťujících látek.
- vodotrubný parní utilizační kotel pro využití odpadního tepla ze syntetického plynu
- plynotěsné provedení
- obvodové stěny z membránových panelů
- konstrukce zohledňuje vysoký obsah prachu v plynu
- regulace teploty výstupní páry vstřikem napájecí vody do výstupní komory kotle
- regulace výstupní teploty plynu do systému čištění syntetického plynu
- ve spodní, obratové výsypce zdvojený rotační uzávěr - těsnicí inertní plyn mezi uzávěry (dusík)
- kotel je umístěn v ocelové konstrukci, která je společná i pro ostatní technologii
Parametry:
| - vstupní/výstupní teplota plynu | 1250/200 | °C |
| - tlak páry | 40 | bar |
| - konstrukční tlak | 40 | bar |
| - teplota výstupní páry | 400 +/-10 | °C |
| - tlaková ztráta na straně spalin | 500 | Pa |
| - parní výkon kotlů HRSG I | cca 6,5 | t/hod |
| - teplota napájecí vody | 105 | °C |
Čištění syntetického plynu
S ohledem na požadavek výrobců motorů je potřeba ze syntetického plynu odstranit znečišťující látky a to zejména kyselé plyny (HC1, H2S), prachové částice a přebytečnou vlhkost. Byla zvolena technologie suchého čištění přídavkem aditiva (NaHCOj) v kombinaci s rukávovým filtrem. Pro odstraňování přebytečné vlhkosti byl zvolen způsob zchlazením plynu ve výměníku, jeho následná komprese a dochlazení na požadovanou teplotu pro vstup do motorů.
Parametry:
| - množství plynu na vstupu | 7400 | kg/hod |
| - množství plynu na výstupu | 6250 | kg/hod |
| - teplota na vstupu | 180 až 200 | °C |
| - teplota na výstupu | 30 | °c |
| - tlak plynu na výstupu | -1,5 | kPa |
Technologický postup úpravy plynu:
Zchlazení plynu ve výměníku na 50 až 60 °C
Komprese plynu na tlak 50 až 70 kPa
Dochlazení plynu na tepotu 15 °C
Odvod vzniklého kondenzátu a jeho likvidace
Dohřev plynu na výstupní teplotu 25 až 30 °C
DPC 0203 - Zpracování syntetického plynu (výroba el. energie a tepla v KJ + výroba páry ze spalin - HRSG II)
Plynové motory s generátory elektrické energie
Pro výrobu elektrické energie je využívána chemická energie syntetického plynu. Byly vybrány kogenerační jednotky Quanto D 4000 s motory MWM TCG 2032 V 16 a generátorem AvK DIG150 K/6 se jmenovitým výkonem 2,635 MW na jednu kogenerační jednotku. Pro výkon plazmového reaktoru cca 7400 kg/hod syntetického plynu bude potřeba použít 3 kogenerační jednotky s celkovým max. výkonem 7,8 MWe. Tepelná energie uvolněná pri spalování syntetického plynu bude využita především k výrobě páry pro následnou produkci elektrické energie na parní turbíně. Zbývající část tepelné energie (chlazení bloku motorů, chlazení oleje) je následně převedena do procesu sušení vstupní suroviny. Vlastni kogenerační jednotka Quanto D 4000 je určena k instalaci do strojovny a je tvořena několika částmi. První z nich je modul motorgenerá-5CZ 22825 Ul toru obsahující soustrojí motoru s generátorem, umístěné na základovém rámu. Další částí jsou moduly přenosu tepla, katalyzátor a tlumič výfuku k volné zástavbě do spalinovodu strojovny, volně stojící ovládací elektrické rozvaděče, dále plynová trasa určená k zástavbě do plynovodu, modul vzduchového agregátu pro start spalovacího motoru. Kogenerační jednotka je určena k provozu na syntetický plyn, pro paralelní provoz se sítí 6300 V/50 Hz. Teplovodní okruh je přizpůsoben teplotnímu spádu 80/70 °C.
Utilizační kotel HRSG-II - využití tepelné energie spalin
Spaliny produkované kogeneračními jednotkami jsou přivedeny do HRSG II - utilizaěního parního kotle, kde je primárně využita jejich tepelná energie k výrobě vysokotlaké páry, současně je kotel vybaven speciálním plynovým hořákem a plní následující funkci - Provozní stavy kotle:
I - Základní funkce je využití odpadního tepla ze spalin plynových motorů, odpadní teplo je přeměněno na páru pro parní turbínu. Spaliny jsou do kotle zavedeny na konci spalovací komory s možností smíchání se spalinami z plynového hořáku.
II - možností spálení přebytečného množství vyrobeného syntetického plynu přímo v hořácích při nouzovém odstavení kogenerační jednotky
III - možnost termicky a ekologicky zlikvidovat surový syntetický plyn pri startu jednotky, kdy kvalita a množství neodpovídají požadavkům provozu plynových motorů, ale kdy je současně nutno tuto energii transformovat do použitelné energie pro pásové sušárny. Jedná se o provozní stav, kdy minimálně jedna linka jede ve stabilním provozu a jako základní palivo je použit upravený SynGas a plyn ze startující jednotky je vháněn do hořáku jako odpadní plyn.
IV - jedná se výjimečný provozní stav, kdy bude použito jako základní palivo zemní plyn a vyrobená pára bude použita pro nahřívání sušáren a pro výrobu suroviny pro start jednotky.
Kotel obsahuje následující základní části:
- spalovací komoru
- plynový hořák
- konvekční plochy kotle
- spalinovody a vzduchovody
- ocelové konstrukce a plošiny
Parametry:
| - tlak páry | 40 | bar |
| - konstrukční tlak | 40 | bar |
| - teplota výstupní páry | 400 +-10 | °C |
| - tlaková ztráta na straně spalin | 750 | Pa |
| - parní výkon kotlů HRSG II | cca 6 až 20 | t/hod |
| - teplota napájecí vody | 105 | °C |
Parní turbína (protitlaká/kondenzační) s generátorem využívající k výrobě el. energie páru vyrobenou v HRSG UTI
Vysokotlaká pára vyrobená v HRSG I+II je využita k výrobě el. energie v parní turbíně kondenzační (není možné vyvedení tepla) nebo v protitlaké parní turbíně pokud je dostupný pravidelný odběr tepla.
Popis protitlaké turbíny
Vícestupňová protitlaková parní turbina má akční regulační stupeň a reakční (přetlakové) lopatkování. V regulačním stupni (A-kolo) expanduje nejprve vstupní pára z vysokého tlaku na tlak před reakční částí. V následující reakční části turbíny se provede další snížení tlaku pri nej menších ztrátách proudění a tím i s nejvyšší účinností. Turbinová skříň s potřebnými vestavbami a nástavbami je vyrobena z legované ocelolitiny. Rotor turbiny je vykován z jednoho kusu z lego-6CZ 22825 Ul váné oceli, bude dynamicky vyvážen a odstředěn při otáčkách o 15 % vyšších než jsou otáčky provozní dle ISO 1940. Zkoušky materiálu všeobecně budou prováděny dle evropských norem.
Materiál:
- turbinových skříní, typu Cr Mo V
- rotorů, typu Cr Mo Ni V
- lopatek, typu Cr Mo V
Kompletní mazací olejový systém zásobuje ložiska turbiny, převodovky a generátoru tlakovým olejem. Systém je proveden s jedním hlavním olejovým čerpadlem na převodovce a jedním záložním čerpadlem 100%.
Přídavné nouzové olejové čerpadlo je k dispozici pro zajištění zásobování ložisek mazacím olejem v případě poruchy (nouzový proud). Během přepínání mezi olejovými čerpadly je tlak oleje pomocí akumulátoru tlaku udržován na konstantní úrovni.
Regulační olejový okruh je vysokotlakový, pracuje s tlakem cca 150 bar a patří do systému MaR. Je oddělen od mazací olejové soustavy. Tento okruh slouží k zásobování hydraulických pohonů regulačních ventilů a rychlozávěmého ventilu. Součástí systému je olejová nádrž o objemu cca 100 1, na které jsou umístěna tlaková čerpadla, filtry a akumulátor tlaku. Vysokotlaková regulační olejová soustava má rychlejší reakci regulačních ventilů a tím i lepší dynamiku regulace.
Podpůrné technologické soubory neuvedené v blokovém schéma č. 1:
- skladové hospodářství (vstupní surovina)
- vápencové, koksové hospodářství
- struskové hospodářství
- dopravní trasy materiálů
- výroba obohaceného vzduchu kyslíkem (93 až 95 %)
- zdroj technického dusíku, zdroj tlakového vzduchu
- chladicí okruh
- spalinovody, kouřovody
- elektro silnoproud
- elektro slaboproud
- regulace a řízení procesu
- vodní hospodářství a čistička odpadních vod
- pomocné a servisní provozy.
Průmyslová využitelnost
Zařízení na výrobu elektrické energie a tepla ze syntetického plynu, který je získán zplyňováním organického materiálu (komunálního, průmyslového odpadu, biomasy.) pomocí termického plazmatu v prostředí reaktoru (pyrolýza, zplyňování a vitrifikace) je možné využít pro zpracování široké škály vstupních materiálů. Pro výrobu el. energie je nezbytná přítomnost uhlíku ve vstupní surovině a určitá hodnota výhřevnosti, tak aby byla zajištěna základní energetická bilance. Plazmová technologie si díky vysoké provozní teplotě poradí i s jinak obtížně zpracovatelnými látkami organického i anorganického charakteru, ale se zvyšujícím se podílem anorganických látek se snižuje produkce syntetického plynu. Tyto projekty jsou založeny např. na vitrifikaci elektrárenských popílků nebo azbestu. V následující tabulce jsou shrnuty možné aplikace využití plazmové technologie s energetickou koncovkou.
- 7 CZ 22825 Ul
Možné aplikace využití plazmové technologie následnou výrobou el. energie a tepla
| Vstupní surovina | V reaktoru převod na | Využití syngasu na | Použitá technologie | Poznámka |
| Biomasa O l cíleně pěstovaná | Syntetický plyn /vitri fikát | Výroba el .energie | Kogenerace + parní turbína | Dotovaná cena el. energie |
| Biomasa 02 druhotná | Syntetický plyn /vitri fikat | Výroba el.energie | Kogenerace + pamí turbína | Dotovaná cena el. energie |
| Komunální odpad | Syntetický plyn /vitri ti kát | Výroba el.energie | Kogenerace + pamí turbína | Cena el.en. + poplatek |
| Čistírenský kal | Syntetický plyn /vitri fikát | Výroba el.energie | Kogenerace + pamí turbína | Cena el.en. + poplatek |
| Nebezpečný odpad | Syntetický plyn /vitri fikat | Výroba el.energie i (podle dostatečnosti uhlíku v surovině) | Kogenerace τ pamí turbína | El.energie + poplatek za likvidaci |
| Ekologické zátěže | Syntetický plyn /vitri fikat | Výroba el.energie (podle dostatečnosti uhlíku v surovině) | Kogenerace + pamí turbína | El.energie + poplatek za likvidaci |
| Zpracování různých materiálů (plasty, pneu, ropné frakce) | Syntetický plyn /vitri fikát | Výroba el.energie | Kogenerace + pamí turbína | El.energie/ poplatek za likvidaci |
NÁROKY NA OCHRANU
Claims (6)
1. Zařízení na výrobu elektrické energie a tepla, obsahující plazmový reaktor, vyznačující se tím, že k výstupu z plazmového reaktoru (1) je připojen první utilizační kotel (2) pro zchlazení výstupního syntetického plynu, za kterým je zařazen systém čištění (3) ochlazeného syntetického plynu, ke kterému je připojena alespoň jedna kogenerační jednotka (4) pro výrobu elektrické/tepelné energie propojená s druhým utilizačním kotlem (5), přičemž první utílizační kotel (2) a druhý utilizační kotel (5) jsou na jednom svém výstupu opatřeny prvním parovodem (2.1), resp. druhým parovodem (5,1).
2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že první utilizační kotel (2) využívající tepelné energie syntetického plynu na výrobu vysokotlaké páry je prvním parovodem (2.1) propojen s parní turbínou (6) pro přenos vysokotlaké páiy získané z tepelného potenciálu syntetického plynu.
3. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že druhý utilizační kotel (5) využívající tepelné energie spalin produkovaných kogenerační jednotkou nebo jednotkami (4) je druhým parovodem (5.1) propojen s parní turbínou (6) pro přenos vysokotlaké páry získané z tepelného potenciálu spalin vycházejících z kogenerační jednotky (4).
4. Zařízení podlenároků 1 až3, vyznačuj ící se t í m , že parovody (2.1) a (5.1) jsou přivedeny ke vstupu do parní turbíny (6), která je dále na svém výstupu opatřena turbínovým vedením (6.2) tepelné energie a turbínovým vedením (6.1) elektrické energie.
5. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že kogenerační jednotka (4) je na svém výstupu opatřena kogeneracním vedením (4.1) elektrické energie a kogeneračním vedením (4.2) tepelné energie.
-8CZ 22825 Ul
6. Zřízení podle nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že kogenerační vedení (4.1) elektrické energie a turbínové vedení (6.1) elektrické energie jsou přivedeny na sběrné místo (7) elektrické energie.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ201124465U CZ22825U1 (cs) | 2011-06-09 | 2011-06-09 | Zařízení na výrobu elektrické energie a tepla |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ201124465U CZ22825U1 (cs) | 2011-06-09 | 2011-06-09 | Zařízení na výrobu elektrické energie a tepla |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ22825U1 true CZ22825U1 (cs) | 2011-10-24 |
Family
ID=44860158
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ201124465U CZ22825U1 (cs) | 2011-06-09 | 2011-06-09 | Zařízení na výrobu elektrické energie a tepla |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ22825U1 (cs) |
-
2011
- 2011-06-09 CZ CZ201124465U patent/CZ22825U1/cs not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10844302B2 (en) | Thermal and chemical utilization of carbonaceous materials, in particular for emission-free generation of energy | |
| CN1673317B (zh) | 生物质的碳化和气化以及发电装置 | |
| AU2012362086B2 (en) | Biomass gasification island process under high temperature and atmospheric pressure | |
| KR100993908B1 (ko) | 가연성 폐기물의 에너지 연료화 방법 및 가연성 폐기물의 가스화 장치 | |
| CN102359729B (zh) | 利用城市垃圾高温气化联合循环发电的方法及其系统 | |
| KR20200133536A (ko) | 바이오매스를 포함하는 가연성 재생 연료를 이용한 열분해 가스화 및 가스발전 시스템 | |
| JP7089809B2 (ja) | 多段式水素発生方法 | |
| JP2004035837A (ja) | 熱分解ガス化装置及び熱分解ガス化システム | |
| Zheng et al. | Performance analysis of a medical waste gasification-based power generation system integrated with a coal-fired power unit considering dispatching optimization | |
| KR101097443B1 (ko) | 가연성 폐기물의 에너지 연료화 방법 및 가연성 폐기물의 가스화 장치 | |
| JP2004275901A (ja) | 植物性有機物の熱分解ガス化装置および熱分解ガス化装置を用いた発電設備 | |
| CN210122559U (zh) | 一种火电厂热解制氢系统 | |
| CZ22825U1 (cs) | Zařízení na výrobu elektrické energie a tepla | |
| CN210176453U (zh) | 一种火电厂热解制氢系统 | |
| WO2020008621A1 (ja) | バイオマスを原料とする水素製造方法 | |
| CZ2011348A3 (cs) | Zpusob výroby elektrické energie a tepla a zarízení k provádení tohoto zpusobu | |
| ITMI20110045A1 (it) | Impianto di termovalorizzazione multiuso di fanghi biologici rifiuti organici e biomasse minuti | |
| CN112594695A (zh) | 一种用于工业垃圾的超临界水气化装置 | |
| Maitre et al. | Could the gasification of Solid Recovered Fuel compete with its incineration? Answer by techno-economic and environmental analysis for the French case | |
| RU2737833C1 (ru) | Способ автономной электрогенерации и устройство - малая твердотопливная электростанция для его осуществления | |
| JP6229115B2 (ja) | 発電装置および発電方法 | |
| JP2007002825A (ja) | 廃棄物発電方法 | |
| Gupta et al. | Solid Waste Treatment Technologies: Thermochemical Pathway | |
| RU2540647C1 (ru) | Когенерационная энергоустановка с топливным элементом на основе внутрицикловой конверсии органического сырья | |
| RU2477421C1 (ru) | Комплекс энергогенерирующий |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG1K | Utility model registered |
Effective date: 20111024 |
|
| ND1K | First or second extension of term of utility model |
Effective date: 20150629 |
|
| ND1K | First or second extension of term of utility model |
Effective date: 20180524 |
|
| MK1K | Utility model expired |
Effective date: 20210609 |