PL164926B1

PL164926B1 - do zgazowywania paliw drobnoziarnistych do pylistych jako czlon wstepny elektrowni zlozonej z turbiny gazowej i turbiny parowej PL

Info

Publication number: PL164926B1
Application number: PL91289204A
Authority: PL
Inventors: Frank Dziobek; Klaus Hufen
Original assignee: Krupp Koppers Gmbh
Priority date: 1990-04-14
Filing date: 1991-02-26
Publication date: 1994-10-31
Also published as: ES2056509T3; EP0452653B1; DE4012085A1; CN1055947A; PL289204A1; EP0452653A1; DE59101973D1; ZA911433B; CN1036855C; DK0452653T3

Abstract

1. Sposób zgazowywania paliw drobnoziarnis- tych do pylistych przy cisnieniu co najmniej 1,0 MPa i w temperaturze co najmniej 1400°C. przy czym wytwo- rzony czesciowo utleniony gaz zawierajacy w zasadzie CO 1 H2 wykorzystuje sie we wspólpracujacej z reakto- rem gazowym elektrowni zlozonej z turbin parowych i gazowych, a powstajacy zuzel spuszczany jest z reaktora w stanie roztopionym oraz jest granulowany przez chlo- dzenie woda, znamienny tym, ze tem perature wody uzywanej do chlodzenia zuzla utrzymuje sie n a poziomie o 20 do 3O°C nizszym od tem peratury wrzenia odpowia- dajacej danem u cisnieniu zgazowywania, przy czym potrzebna tem perature wody utrzym uje sie w ten spo- sób, ze czesc strum ienia wody odprowadza sie do obiegu prowadzacego przez wytwornice pary i tam chlodzi sie w posredniej wymianie ciepla, przy czym powstajaca pare doprowadza sie do turbiny parowej silowni zlozonej z turbin gazowych i parowych. 2. Urzadzenie do zgazowywania paliw drobno- ziarnistych do pylistych jako czlon wstepny elektrowni zlozonej z turbiny gazowej i turbiny parowej, w którym kapiel wodna umieszczono pod reaktorem gazowym we wspólnym zbiorniku cisnieniowym, znamienne tym, ze kapiel wodna (5) polaczona jest poprzez pompe (6) i wezownice ( 1 0) z umieszczona poza zbiornikiem cisnie- niowym (1) wytwornica pary (7). PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób zgazowywania paliw drobnoziarnistych do pylistych przy ciśnieniu co najmniej 1,0 MPa i temperaturze co najmniej 1400°C, przy czym wytworzony gaz zawierający w zasadzie CO i H2 wykorzystuje się we współpracującej z reaktorem gazowym elektrowni złożonej z turbiny gazowej i turbiny parowej, a powstający żużel spuszczany jest w stanie roztopionym z reaktora i jest granulowany przez chłodzenie wodą oraz urządzenie do zgazowywania paliw drobnoziarnistych do pylistych jako człon wstępny elektrowni złożonej z turbiny gazowej i turbiny parowej.

Podczas zgazowywania paliw drobnoziarnistych do pylistych w wyżej podanych warunkach termicznych popiół używanego paliwa nagrzewany jest powyżej jego temperatury topnienia i dlatego opada jako roztopiony żużel. Zbiera się on u dołu reaktora gazowego i musi być stąd odprowadzany. Roztopiony żużel jest zwykle spuszczany do kąpieli wodnej, w której następuje oziębianie i granulowanie, przy czym powstaje przydatny materiał szklisty, który można składować bez szkody dla środowiska.

W związku ze zgazowywaniem pod zwiększonym ciśnieniem znane jest z niemieckiego opisu patentowego nr DE-PS 2342 079 rozwiązanie, w którym reaktor gazowy i znajdującą się pod nim kąpiel wodną umieszczono we wspólnym zbiorniku ciśnieniowym. Naszkicowaną wyżej metodę realizowano dotąd w ten sposób, że wodę podgrzaną w wyniku ochładzania żużla wyprowadzano z obiegu i chłodzono, gdy osiągnęła ona temperaturę około 40°C. Metoda ta ma jednak tę wadę, że wymaga wprowadzenia dużej ilości wody chłodzącej, do 1000 t/h, która z uwagi na stosunkowo niską temperaturę nie daje możliwości jej dostatecznego wykorzystania.

Jeżeli instalacja zgazowywania pracuje w powiązaniu z kombinowaną siłownią złożoną z turbiny gazowej i turbiny parowej, to część powstającego w ten sposób ciepła niskotemperaturowego można wykorzystać do podgrzewania wody zasilającej. Jednak po pokryciu zapotrzebowania na takie ciepło nie można go już wykorzystać do wytwarzania prądu. W praktyce oznacza to, że przy dotychczasowej technologii w większości przypadków traci się przeważającą część ciepła zawartego w płynnym żużlu bez możliwości wykorzystania w zgazowywaniu i późniejszej obróbce gazu produkowanego. Oczywiście wada ta jest tym bardziej znacząca, im wyższa jest zawartość popiołu w używanym paliwie, gdyż w miarę wzrostu zawartości popiołu rośnie ilość płynnego żużla, którego entalpia jest tracona przy chłodzeniu w kąpieli wodnej. W efekcie zmniejsza się odpowiednio sprawność ogólna metody. Ukazano to na przy&adzie w poniższej tabeli, w którym poddano zgazowaniu węgiel o niskiej i o wysokiej zawartości popiołu. W obu przypadkach wykorzystywano wytwarzany gaz częściowo utleniony w kombinowanej siłowni złożonej z turbiny gazowej i turbiny parowej, której moc brutto wynosiła około 197 MW.

	Węgiel A	Węgiel B
Zawartość popiołu (% wagowych)	11,8	40,0
Ilość węgla (kg/s)	15,9	24,5
Doprowadzany strumień cieplny
(MJ/s)	405	421
Ciepło zawarte w systemie żużla
(MS/s)	3,3	17,3
Sprawność ogólna	43,0	40,9

Celem wynalazku jest zadanie takiego usprawnienia wspomnianej na wstępie metody, żeby zminimalizować stratę entalpii płynnego żużla i jednocześnie podwyższyć sprawność ogólną.

Sposób służący rozwiązaniu tego zadania jest według wynalazku znamienny tym, że temperaturę wody używanej do chłodzenia żużla utrzymuje się na poziomie o 20 do 30°C niższym od temperatury wrzenia odpowiadającej danemu ciśnieniu zgazowywania, przy czym potrzebną temperaturę wody utrzymuje się w ten sposób, że część strumienia wody odprowadza się do obiegu prowadzącego przez wytwornicę pary i tam chłodzi się w pośredniej wymianie ciepła, przy czym powstającą parę doprowadza się do turbiny parowej siłowni złożonej z turbiny gazowej i turbiny parowej.

Tak więc szczególna zaleta sposobu według wynalazku polega na tym, że jawne ciepło żużla wykorzystuje się do wytwarzania pary, którą można potem użyć bezpośrednio do wytwarzania prądu w turbinie parowej siłowni. Ponieważ temperatura wody praenoszącej ciepło jest utrzymywana poniżej temperatury wrzenia odpowiadającej danemu ciśnieniu zgazowywania, więc do reaktora gazowego nie dostaje się większa ilość pary, która mogłaby zakłócać proces zgazowywania albo powodować zanieczyszczenie wytwarzanego gazu częściowo utlenionego. Z drugiej strony przy realizacji sposobu według wynalazku dąży się do tego, żeby w ramach wyżej podanych granic utrzymać jak najwyższą temperaturę wody, aby można było wytwarzać jak najwięcej wysokowartościowej pary.

Urządzenie według wynalazku charakteryzuje się tym, że kąpiel wodna jest połączona poprzez pompę i wężownicę z umieszczaną poza zbiornikiem ciśnieniowym wytwornicę pary.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym przedstawiono schematycznie urządzenie przeznaczone do realizacji sposobu według wynalazku.

W zbiorniku ciśnieniowym 1 znajduje się reaktor gazowy 2, który może być wyposażony w jeden lub więcej palników 3. Reaktor gazowy 2 może być ukształtowany w postaci tak zwanego kosza rurowego, który służy do wytwarzania pary. Oczywiście możliwe są też inne formy realizacji, w których reaktor 2 jest chłodzony poprzez płaszcz wodny. Zbiornik ciśnieniowy zwęża się nieco ku dołowi, żeby pomieścić w tej strefie kąpiel wodną 5.

W tym przykładzie wykonania wynalazku zgazowywanie odbywa się pod ciśnieniem 3,0 MPa i w temperaturze 1600°C tak, że roztopiony żużel o tej temperaturze spływa z reaktora 2 w kierunku strzałki 4 przez otwór do kąpieli wodnej 5.

Woda mająca w danym przypadku temperaturę około 180°C powoduje krzepnięcie żużla. Żeby utrzymać wodę na podanym poziomie temperatury odprowadza się część strumienia wody z kąpieli 5 i tłoczy się za pomocą pompy 6 w obieg przez wężownicę 10. Łączy ona kąpiel wodną 5 z wytwornicą pary 7, w której woda płynąca przez wężownicę 10 doznaje niezbędnego ochłodzenia, zanim powróci do kąpieli wodnej 5.

164 926

Wodę zasilającą wytwornicę pary 7 doprowadza się przewodem 8, a wytwarzaną parę odprowadza się przewodem 9. Parę tę zgodnie z wynalazkiem doprowadza się do turbiny parowej nie pokazanej na rysunku siłowni złożonej z turbiny gazowej i turbiny parowej, i w ten sposób wykorzystuje się do wytwarzania prądu.

Granulowany żużel zbierający się w kąpieli wodnej 5 można odprowadzać przez otwór wylotowy 11. Natomiast powstający przy zgazowywaniu częściowo utleniony gaz opuszcza zbiornik ciśnieniowy 1 przez wylot gazu 12, żeby po odpowiednim ochłodzeniu i oczyszczeniu mógł być doprowadzony celem dalszego wykorzystania do siłowni złożonej z turbiny gazowej i turbiny parowej. Oczywiście w zbiorniku ciśnieniowym 1 nad reaktorem 2 mogą być umieszczone jeszcze inne, nie przedstawione na rysunku zespoły służące do chłodzenia wytwarzanego gazu. Również ściany zbiornika ciśnieniowego 1 mogą być wyposażone w chłodzenie wodne.

W niniejszym przykładzie wykonania wynalazku, przy przerobie około 77 t węgla/godz. o zawartości popiołu 40% wytwarzano w wytwornicy 7 około 211 pary/godz., którą przetwarzano w turbinach parowych siłowni na dodatkową moc elektryczną około 4 MW/godz. Przy rocznej eksploatacji 6000 godzin i cenie 0,15 DM za kWh zapisuje się na korzyść 3 600 000 dM rocznie. Jednocześnie zwiększa się o 1% sprawność ogólna instalacji.

Zalety sposobu według wynalazku można podsumować w następujący sposób:

- Zwiększa się sprawność ogólna kombinowanej siłowni złożonej z turbin gazowych i parowych oraz zespolonej z instalacją zgazowywania węgla. Jest to widoczne zwłaszcza wówczas, gdy wykorzystuje się paliwo o dużej zawartości popiołu.

- Zmniejsza się znacznie zapotrzebowanie na wodę chłodzącą przy granulowaniu żużla.

- Nie ma odprowadzania do otoczenia podgrzanej wody chłodzącej.

- Duże korzyści w skali rocznej mogą pokryć z nadwyżką ewentualne koszty dodatkowych inwestycji.

- Znacznie wyższa w porównaniu do dotychczasowego rozwiązania temperatury wody chłodzącej powoduje przy granulacji żużla to, że w strefie nad lustrem wody nie schodzi się poniżej temperatury kondensacji. Dzięki temu eliminuje się w znacznym stopniu korodujące oddziaływanie składników H₂ S i HCl zawartych w kondensacie gazowym.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 10 000 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób zgazowywania paliw drobnoziarnistych do pylistych przy ciśnieniu co najmniej 1,0 MPa i w temperaturze co najmniej 1400°C, przy czym wytworzony częściowo utleniony gaz zawierający w zasadzie CO i H2 wykorzystuje się we współpracującej z reaktorem gazowym elektrowni złożonej z turbin parowych i gazowych, a powstający żużel spuszczany jest z reaktora w stanie roztopionym oraz jest granulowany przez chłodzenie wodą, znamienny tym, że temperaturę wody używanej do chłodzenia żużla utrzymuje się na poziomie o 20 do 30°C niższym od temperatury wrzenia odpowiadającej danemu ciśnieniu zgazowywania, przy czym potrzebną temperaturę wody utrzymuje się w ten sposób, że część strumienia wody odprowadza się do obiegu prowadzącego przez wytwornicę pary i tam chłodzi się w pośredniej wymianie ciepła, przy czym powstającą parę doprowadza się do turbiny parowej siłowni złożonej z turbin gazowych i parowych.
2. Urządzenie do zgazowywania paliw drobnoziarnistych do pylistych jako człon wstępny elektrowni złożonej z turbiny gazowej i turbiny parowej, w którym kąpiel wodną umieszczono pod reaktorem gazowym we wspólnym zbiorniku ciśnieniowym, znamienne tym, że kąpiel wodna (5) połączona jest poprzez pompę (6) i wężownicę (10) z umieszczoną poza zbiornikiem ciśnieniowym (1) wytwornicą pary (7).