CZ309359B6 - Způsob výroby elektrické energie a tepla a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Způsob výroby elektrické energie a tepla ze syntetického plynu získaného zplyňováním organického materiálu pomocí termického plazmatu. Výstupní plyn se po výstupu z plazmového reaktoru zchlazuje a vzniklá pára se přivádí k turbíně na výrobu elektrické energie. Dále se ochlazený plyn vyčistí a vstoupí za atmosférického tlaku do kogeneračních jednotek, kde se chemická energie syntetického plynu přemění na elektrickou energii, přičemž tepelná energie spalin z kogeneračních jednotek se použije na výrobu páry, která se přivádí k parní turbíně. Tepelný potenciál plynu se využívá přímo na výstupu z plazmového reaktoru v utilizačním kotli k výrobě vysokotlaké páry. K výstupu z plazmového reaktoru (1) je připojen utilizační kotel (2) pro zchlazení výstupního plynu, za kterým je zařazen systém (3) čištění ochlazeného plynu, ke kterému je připojena kogenerační jednotka (4) pro výrobu elektrické/tepelné energie propojená s druhým utilizačním kotlem (5). Utilizační kotle (2, 5) jsou parovodem (2.1, 5.1) propojeny s parní turbínou (6).

Description

Způsob výroby elektrické energie a tepla a zařízení k provádění tohoto způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby 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 vynález týká zařízení k provádění způsobu.

Dosavadní stav techniky

Dosud známé způsoby pro 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), využívají plazmové zplyňování organických hmot s následnou výrobou elektrické energie. Výroba elektrické energie probíhá buď v kombinovaném cyklu, nebo v jednoduchém cyklu.

Při výrobě elektrické energie v kombinovaném 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). 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 (spalinová + 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 a podle požadavků výrobců turbín jsou dále odstraněny další nežádoucí látky, jako jsou kyselé plyny (HC1 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.

Je známo zařízení dle CZ 19731 pro výrobu elektrické energie a tepla z biomasy, které pracuje na principu organického Rankinova cyklu a kogenerační jednotky. Jedná se v podstatě pyrolýzní reaktor, který využívá pyrolýzního plynu k výrobě elektřiny v kogenerační jednotce a zbytkového tepla k výrobě elektřiny v OCR.

Dle US 841790282 je známá pyrolýzní jednotka na zpracování komunálního odpadu a pyrolýzní plyn se využívá k výrobě elektřiny ve spalovací turbíně.

Dále je známo zařízení dle KR 2010011347, které vyrábí elektrickou energii v kogenerační jednotce z bioplynu.

- 1 CZ 309359 B6

Výše uvedené způsoby výroby el. energie ze syntetického plynu vykazují některé nevýhody a nedostatky:

Kapacita těchto zařízení je při 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 výsledkem 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 90 až 100 % svého nominálního výkonu, což znamená, že při případném zhoršení kvality syntetického plynu anebo 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 ajedné parní turbíny což znamená při servisní odstávce, nebo poruše turbín i nutné odstavení reaktoru.

Celkovým cílem vynálezu je proto navrhnout zdokonalené a efektivnější zařízení na výrobu el. energie ze syntetického plynu.

Další 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 vysokoúčinnou 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 nízkopoteciálního tepla z bloku motorů k sušení vstupní suroviny.

Další cíle a výhody jsou patrné z následujícího popisu a připojených patentových nároků.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny způsobem výroby elektrické energie a tepla ze syntetického plynu, který je získán zplyňováním organického materiálu (komunálního,

-2CZ 309359 B6 průmyslového odpadu, biomasy.) pomocí termického plazmatu v prostředí reaktoru (pyrolýza, zplyňování a vitrifikace)., jehož podstata spočívá v tom, že výstupní syntetický plyn se po výstupu z plazmového reaktoru zchlazuje z 800 °C až 1300 °C na 180 °C až 220 °C a vzniklá pára se přivádí k parní turbíně na výrobu elektrické energie, přičemž dále se ochlazený syntetický plyn vyčistí, odstraní se z něho nežádoucí látky typu prachové částice, kyselé plyny, načež vstoupí za atmosférického tlaku do kogeneračních jednotek, kde se chemická energie syntetického plynu přemění na elektrickou energii, přičemž tepelná energie spalin z kogeneračních jednotek se použije na výrobu páry, která se přivádí k parní turbíně. Chemická energie syntetického plynu se převádí na energii elektrickou a tepelnou v kogeneračních jednotkách s vysokou účinností. Další podstatou předloženého vynálezu je, že nízko potenciálové teplo využívá k sušení vstupní suroviny. Parní turbína využívá k výrobě elektrické energie vysokotlakou páru vycházející z utilizačních kotlů 2 a 5. Dostupný tepelný potenciál syntetického plynu se využívá přímo na výstupu z plazmového reaktoru v utilizačním kotli k výrobě vysokotlaké páry. Ze syntetického plynu jsou odstraněny znečišťující látky - prachové částice, kyselé plyny zejména HC1, H2S - přičemž výsledný obsah těchto látek ve vyčištěném plynuje do 10 ppm/Nm³ (normovaný kubický metr).

Další podstatou vynálezu je zařízení k provádění uvedeného způsobu obsahující plazmový reaktor, jehož podstatou je to, že k výstupu z plazmového reaktoru je připojen utilizační kotel pro zchlazení výstupního syntetického plynu, za kterým je zařazen systém čištění ochlazeného syntetického plynu, ke kterému je připojena alespoň jedna kogenerační jednotka pro výrobu elektrické/tepelné energie propojená s druhým utilizačním kotlem, přičemž utilizační kotle jsou parovody propojeny s parní turbínou pro výrobu elektrické/tepelné energie.

Popis procesu - pro účely výroby syntetického plynu (směs CO, H2, CO2) 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 (exotermní reakce). Díky vysoké provozní teplotě uvnitř reaktoru má syntetický plyn na výstupu z reaktoru teplotu v rozmezí 1000 °C až 1300 °C (výstupní teplota plynu je závislá na druhu použité vstupní suroviny). V daném technickém 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 °C až 200 °C) ve speciálním vodotrubném utilizačním kotli v plynotěsném provedení HRSG I a vzniklá páraje přivedena do parní turbíny. V dalším provozním souboru je ochlazený syntetický plyn komplexně vyčištěn kombinovanou technologií, která byla navržena v návaznosti na požadavek dosažení parametrů (max. obsah znečišťujících látek v Nm³ 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 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 olejové 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 účinnost 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 při 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 nízko potenciálové teplo z chlazení bloku

-3 CZ 309359 B6 motoru, z chlazení oleje např. pro sušení vstupního materiálu na požadovanou vlhkost. Volba typu parní turbíny (protitlaká) umožňuje v případě možnosti vyvedení tepla do sítě (parovod, horkovod).

Vynález bude nyní podrobněji popsán s odkazem na připojeném blokovém technologickém schéma č. 1 na němž jsou uvedeny jednotlivé technologické celky ajejich vzájemné propojení.

Objasnění výkresů

Příkladný způsob výroby elektrické energie a tepla a zařízení k provádění tohoto způsobu podle tohoto vynálezu bude podrobněji popsáno na konkrétním příkladu provedení s pomocí přiloženého výkresu, kde na obr. 1 je znázorněno příkladné schéma zapojení.

Příklady uskutečnění vynálezu

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 PC01 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 - HRSGI + čištění syntetického plynu)

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 soubor (DPC) 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.

Plazmový reaktor je kovová vertikální nádoba sestávající ze tří hlavních částí (horní, střední a dolní část reaktoru). Horní 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 horní polovině). Plazmové hořáky jsou umístěny ve spodní polovině střední sekce. Počet hořáků, jejich kapacita ajejich 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 °Chlazení 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.

-4CZ 309359 B6

Tvar reaktoru umožňuje maximální využití energie plazmatronů a účinnou transformaci složitých organických látek na jednoduché chemické sloučeniny obsažené v syntetickém plynu (CO+H2). 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 plnicí komory v atmosféře inertního dusíku, který zamezuje nekontrolovanému vniknutí vzduchu při 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 (vysoká hustota energie >100 MW/m³). 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 I - utilizační kotel - využití tepelné energie syntetického plynu k výrobě páry 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 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 • plynotěsně 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

-5CZ 309359 B6

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 kombinace mokré vypírky roztokem NaOH a suchého čištění přídavkem aditiva NaHCCh nebo impregnovaným aktivním uhlím s předřazeným 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 stupu	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

- HRSGII)

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 MW_e. Tepelná energie uvolněná při 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. Vlastní kogenerační jednotka Quanto D4000 je určena k instalaci do strojovny a je tvořena několika částmi. První z nich je modul motorgenerátoru 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 - utilizačního 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 fiinkce je využití odpadního tepla ze spalin plynových motorů, odpadní teplo je

-6CZ 309359 B6 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 5 nouzovém odstavení kogenerační jednotky

III - možnost termicky a ekologicky zlikvidovat surový syntetický plyn při 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 10 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
25	Tlak páry	40	bar
	Konstrukční tlak	40	bar
	Teplota výstupní páry	400 ±	10 °C
	Tlaková ztráta na straně spalin	750	Pa
30	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 HRSGI+II

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 turbína 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 při 45 nejmenších ztrátách proudění a tím i s nejvyšší účinností. Turbínová skříň s potřebnými vestavbami a nástavbami je vyrobena z legované ocelolitiny. Rotor turbíny je vykován z jednoho kusu z legované 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:

• turbínových skříní, typu Cr Mo V • rotorů, typu Cr Mo Ni V · lopatek, typu Cr Mo V

-7 CZ 309359 B6

Kompletní mazací olejový systém zásobuje ložiska turbíny, 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

Způsob pro 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.

Možné aplikace využití plazmové technologie následnou výrobou el. energie a tepla

-8CZ 309359 B6

βΙΙΒ H··	Syitódíý ρΗΐί /vrtafikát	imwwwwww^ Výsada aLessrgie	MM··· Kogener&ce + pastí tísb&a	ýVýýýýiýýW^^ Dctcvans ©e®a eLenergie
Im	Stmietický ph1» Mtafikit	Výroba eLensrgie	K&gen.«f3ce + parm tósns	notovaná cena eLenergie
Syntetický plyn ÁňtríSkát	Vwba el.easrgse	Kpgenerscs + parní taitsna	Ceaa el.es .+ psphtek
HK^ včpp^ Bb Μ···Ι	Syntetický ph® Mtafikší	Výroba d.enmýe	Ksgeneoce + parm taibiss	Oasa «Lea. + poptal:
Syntetický plyn Ňibifikát	Vyrobíš d-energie ^sdte dastaíiK&psti uhlíhi v sEpyině}	K^geneiase + parní Pubsšš	ELenergi® + psphiek zs likvidaci
Syntetický PÁTÍ MtíiSkát	Výroba eLenergíe (podte dpstatecnsšíi uhlíku v sarovise)	Kcgenei&ce + pastí tíubísa	ELsnergie + poplatek za .iiky-sdaci
Syntetický M&ifSíát	Výroba el.esergíe	Κ&§£32£ϊ䣫: * psím tobisss	Eí.energie/ pcplaiek za likvidaci

Claims (13)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob výroby elektrické energie a tepla ze syntetického plynu, který j e získán vysokoteplotním plazmovým zplyňováním organického materiálu typu komunálního, průmyslového odpadu, biomasy, pomocí termického plazmatu v prostředí reaktoru pyrolýzou, zplyňováním a vitrifikací, vyznačující se tím, že dostupný tepelný potenciál syntetického plynu se využívá přímo na výstupu z plazmového reaktoru (1) v utilizačním kotli (2) k výrobě vysokotlaké páry, kdy výstupní syntetický plyn se po výstupu z plazmového reaktoru (1) zchlazuje z 800 °C až 1300 °C na 180 °C až 220 °C, chlazený syntetický plyn se vyčistí, odstraní se z něho nežádoucí látky typu prachové částice, kyselé plyny, načež vstoupí za atmosférického tlaku do kogeneračních jednotek (4), kde se chemická energie syntetického plynu přemění na elektrickou energii, přičemž tepelná energie spalin z kogeneračních jednotek (4) se použije na výrobu vysokotlaké páry v utilizačních kotlích (2, 5), která se přivádí k parní turbíně (6).
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že chemická energie syntetického plynu se převádí na energii elektrickou a tepelnou v kogeneračních jednotkách s vysokou účinností.
3. 3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že nízko potenciálové teplo využívá k sušení vstupní suroviny.
4. 4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že parní turbína využívá k výrobě elektrické energie vysokotlakou páru vycházející z utilizačního kotle (2, 5).
5. 5. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že dostupný tepelný potenciál syntetického plynu se využívá přímo na výstupu z plazmového reaktoru v utilizačním kotli (2) k výrobě vysokotlaké páry.
6. 6. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že ze syntetického plynu jsou odstraněny znečišťující látky - prachové částice, kyselé plyny zejména HC1, H2S, přičemž výsledný obsah těchto látek ve vyčištěném plynuje do 10 ppm/Nm³.
7. 7. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že pro vyčištění syntetického plynu se využívá technologie kombinace mokré vypírky roztokem NaOH a suchého čištění přídavkem aditiva NaHCCb nebo impregnovaným aktivním uhlím s předřazeným rukávovým filtrem a pro odstranění přebytečné vlhkosti se využívá způsob zchlazením plynu ve výměníku, jeho následná komprese a dochlazení na požadovanou teplotu pro vstup do motorů.
8. 8. Zařízení na výrobu elektrické energie a tepla, obsahující plazmový reaktor, vyznačující se tím, že k výstupu z plazmového reaktoru (1) je připojen 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 utilizační kotel (2) a utilizační kotel (5) jsou na jednom svém výstupu opatřeny parovodem (2.1, 5.1).
9. 9. Zařízení podle nároku 8, vyznačující se tím, že utilizační kotel (2) využívající tepelné energie syntetického plynu na výrobu vysokotlaké páry je parovodem (2.1) propojen s parní turbínou (6) pro přenos vysokotlaké páry získané z tepelného potenciálu syntetického plynu.
10. 10. Zařízení podle nároku 8, vyznačující se tím, že utilizační kotel (5) je parovodem (5.1) propojen s parní turbínou (6) pro přenos vysokotlaké páry získané z tepelného potenciálu spalin vycházejících z kogenerační jednotky (4).
11. 11. Zařízení podle nároků 8 až 10, vyznačující se tím, že parovody (2.1, 5.1) jsou přivedeny ke vstupu do parní turbíny (6), která je dále na svém výstupu opatřena vedením (6.2) tepelné energie a vedením (6.1) elektrické energie.

    - 10CZ 309359 B6
12. 12. Zařízení podle nároku 8, vyznačující se tím, že kogenerační jednotka (4) je na svém výstupu opatřena vedením (4.1) elektrické energie a vedením (4.2) tepelné energie.
13. 13. Zařízení podle nároků 8 až 12, vyznačující se tím, že vedení (4.1) a vedení (6.1) jsou přivedeny na sběrné místo (7) elektrické energie.