PL167362B1 - Sposób wytwarzania energii elektrycznej z węgla i urządzenie do wytwarzania energii elektrycznej z węgla - Google Patents

Abstract

1. Sposób wytwarzania energiielektrycznej z węgla przez jego głębokie odgazowanie i cyjścizoa yekizwyzia, b ebstępeie nópzęleeła yysijyzia tunbizy gazowej gazem nęyOłkbzoym a tunbizy panooaj Obnboziyytam za pośnabzictoam Oztłb fjuibyjzaez, zzymiazzo tym, ża pnocas pnooabzi się pępnzay autotenmiczząpinzlizn eazciśziaziępą o eloOu pirolizy węgla (1) z zastęszoaziam pzbmuchu pęoiatnza o taz sposób, a.y uzyskać o stnumiaziu oczyszczzzaez gazu co zajpożat 50% aztalpii opnooabzozat z onglam a uzysObzy o pnocasia gaz nozOłabooy pobbaja się tabzoczaszamu pozeaoiaziu nesztzO suestazcji smołooych, obchlonooaziu i obfluonooaziu za pomocą aOcaptona obpeiooaeo pobaobzego bo eloOu chłobzazia i oczyszczaz^ gazu (2), a zastępzia spręża się go eazpośnabeio pnzab eloOiem tuneizy gazooat (4). 2. Unyąbzaeia bo wytobnzbzib azangii alaOtnyczeea z oęgla sOłabająca się z eioOóo: pirolizy oęgla, chłodzazia i oczyszczazia gazu, Oompnzsti, tunbizy gayooat, zeymieeea tym, ża eloO Oompnasji gazu nozOłbbooego (3) usotuoobzojast minbyy oyjściam eloOu chłodyzzib i oczysyczazib gazu (2) a oejściam eloOu tunbizy gayooaj (4).

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania energii elektrycznej z węgla przez jego odgazowanie oraz urządzenie do wytwarzania energii elektrycznej z węgla.

Znane sposoby wytwarzania energii elektrycznej z węgla kamiennego dzielą się zasadniczo na cztery grupy:

1) powszechnie stosowane technologie, w których węgiel jest spalany w różnego rodzaju kotłach pyłowych lub fluidalnych w celu produkcji pary wodnej napędzającej następnie turbinę sprzężoną z kolei z generatorem energii elektrycznej,

2) technologie z tzw. obiegiem parowo-gazowym, w których węgiel ulega początkowo ciśnieniowemu zgazowaniu na gaz węglowy, który napędza turbinę gazową, natomiast ciepło odlotowe gazów spalinowych turbiny gazowej wykorzystywane jest do produkcji pary wodnej napędzającej turbinę parową. Obie turbiny napędzają generatory energii elektrycznej. W technologii tej zachodzi 100% konwersja organicznej masy węgla w gaz.

3) technologie ciśnieniowego spalania, w których spalanie węgla prowadzone jest pod ciśnieniem do 1,6 MPa a gorące spaliny rozprężają się w turbinie gazowej. Ciepło fizyczne spalin służy do produkcji pary,

4) technologie polegające na niepełnym ciśnieniowym zgazowaniu węgla. Gaz popirolityczny kierowany jest na turbinę gazową a nie zgazowane resztki węgla są odrębnie dopalane. W technologiach tych będących w fazie badań zachodzi 80% konwersja organicznej masy węgla w gaz. Technologie te dzięki włączaniu w obieg termodynamiczny turbin gazowych dają wyższą sprawność termodynamiczną przetworzenia energii zawartej w paliwie węglowym w energię elektryczną.

Zasadniczymi mankamentami tych technologii są:

- konieczność przetwarzania węgla pod wysokim ciśnieniem

- na ogół konieczność stosowania tlenu a więc wyposażenie elektrowni w tlenownię i ograniczenie parametrów pary dla turbiny parowej

- konieczność głębokiego rozdrabniania węgla

Celem wynalazku jest wyeliminowanie wad znanych sposobów wytwarzania energii elektrycznej z węgla.

167 362

Istota sposobu według wynalazku polega na tym, że proces wytwarzania energii elektrycznej z węgla prowadzi się poprzez autotermiczną pirolizę bezciśnieniową z zastosowaniem podmuchu powietrza w ten sposób aby uzyskać w strumieniu oczyszczonego gazu rozkładowego co najwyżej 50% entalpii wprowadzonej z węglem a uzyskany w procesie gaz rozkładowy poddaje się jednoczesnemu pozbawieniu resztek substancji smołowych, odchlorowaniu i odfluorowaniu za pomocą akceptora wapniowego podawanego do bloku chłodzenia i oczyszczania gazu a następnie spręża się go bezpośrednio przed komorą spalania turbiny gazowej.

Istota urządzenia według wynalazku polega na tym, że blok kompresji gazu rozkładowego usytuowany jest między wyjściem bloku chłodzenia i oczyszczania gazu a wejściem bloku turbiny gazowej.

Sposób i urządzenie do wytwarzania energii elektrycznej z węgla opisano, posługując się rysunkiem w postaci schematu blokowego.

Sposób według wynalazku polega na utworzeniu obiegu energetycznego, który również wykorzystuje turbinę gazową lecz dzięki zastosowaniu bezciśnieniowej autotermicznej pirolizy węgla, bez wymogu stosowania tlenu, znacznie upraszcza układ elektrowni. W sposobie według wynalazku rozkład pirolityczny węgla prowadzony jest w reaktorze z cyrkulującym złożem fluidalnym w bloku pirolizy węgla i przy zastosowaniu podmuchu powietrznego pod niskim ciśnieniem (bliskim atmosferycznemu). Zastosowanie reaktora z cyrkulującym złożem fluidalnym eliminuje konieczność głębokiego rozdrobnienia węgla dzięki czemu łagodzi się warunki procesu. W wyniku procesu rozkładu termicznego w temperaturze 850-950°C uzyskiwany jest gaz rozkładowy, którego kaloryczność wynosi 5-6 MJ/m³. Gaz ten po wydzieleniu pyłu karbonizatowego ochładzany jest do temperatury 350°C w bloku chłodzenia i oczyszczania gazu 2. Zastosowanie do chłodzenia gazu rozkładowego jako medium powietrza, podyktowane jest dwoma względami:

- temperatura powierzchni rur wymiennika ciepła w bloku chłodzenia i oczyszczania gazu 2 wskutek praktycznej równości współczynnika wnikania ciepła po obu stronach przegrody wymiennika, utrzymywana jest zawsze powyżej 300°C co zabezpiecza wymiennik przed zablokowaniem osadami pyłu i smoły na drodze gazu,

- odebrane ciepło fizyczne gazu rozkładowego w bloku chłodzenia i oczyszczania gazu 2 przekazane zostaje do powietrza podawanego z kolei do bloku pirolizy węgla 1, co poprzez obniżenie zapotrzebowania ciepła dla procesu pirolizy - daje w efekcie mniejsze rozcieńczenie gazu rozkładowego azotem z powietrza a więc wyższą kaloryczność gazu.

W bloku chłodzenia i oczyszczania gazu 2 gaz rozkładowy poddaje się schłodzeniu wstępnemu, oczyszczeniu z resztek smół i wyższych związków węglowodorowych oraz od chloru i fluoru przy pomocy akceptora wapniowego, a następnie finalnemu odpyleniu. Tak oczyszczony i odpylony gaz rozkładowy poddaje się sprężeniu do ciśnienia 1,4 - 1,6 MPa w bloku kompresji gazu 3, który usytuowany jest bezpośrednio przed blokiem turbiny gazowej 4 sprzężonej z generatorem G1 bloku energetycznego 7.

W sposobie według wynalazku stosuje się wielokrotne wykorzystanie strumienia akceptora wapniowego. Akceptor wapniowy podawany do bloku chłodzenia oczyszczania gazu 2 usuwa w tym bloku z gazu rozkładowego resztki smoły, związki chloru i fluoru oraz związki siarki. Częściowo zużyty akceptor wapniowy podawany jest do bloku pirolizy węgla 1, gdzie częściowo wiąże wydzielające się związki siarki, a następnie wraz z karbonizatem podawany jest, w celu dopalenia karbonizatu, do bloku kotła fluidalnego 5, gdzie wiąże resztki związków siarki.

Sposób według wynalazku pozwala na wykorzystanie spalin o wysokiej zawartości tlenu, pochodzących z bloku turbiny gazowej 4, do zasilania bloku kotła fluidalnego 5. Umożliwia to dopalenie karbonizatu wychodzącego bezpośrednio z bloku pirolizy węgla i z wykorzystaniem ciepła fizycznego karbonizatu. Para wodna pochodząca z bloku kotła fluidalnego 5 zasila blok turbiny parowej 6 sprzężonej z generatorem G2 bloku energetycznego 7. Sprawność energetyczna układu wytwarzania energii elektrycznej z węgla według wynalazku osiąga 42 - 45%. Wynika to z wysokiego sprawności procesu pirolizy węgla i wysokim stopnia wykorzystania ciepła procesowego w zintegrowanych technologicznie blokach: pirolizy węgla 1, kotła fluidalnego 5 oraz energetycznym 7.

167 362

Akceptor wapniowy

laiSOH

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 1,50 zł

Claims (2)

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania energii elektrycznej z węgla przez jego głębokie odgazowanie i częściowe zgazowanie, a następnie równoległe zasilanie turbiny gazowej gazem rozkładowym a turbiny parowej karbonizatem za pośrednictwem kotła fluidalnego, znamienny tym, że proces prowadzi się poprzez autotermiczną pirolizę bezciśnieniową w bloku pirolizy węgla (1) z zastosowaniem podmuchu powietrza w ten sposób, aby uzyskać w strumieniu oczyszczonego gazu co najwyżej 50% entalpii wprowadzonej z węglem a uzyskany w procesie gaz rozkładowy poddaje się jednoczesnemu pozbawieniu resztek substancji smołowych, odchlorowaniu i odfluorowaniu za pomocą akceptora wapniowego podawanego do bloku chłodzenia i oczyszczania gazu (2), a następnie spręża się go bezpośrednio przed blokiem turbiny gazowej (4).

2. Urządzenie do wytwarzania energii elektrycznej z węgla składające się z bloków: pirolizy węgla, chłodzenia i oczyszczania gazu, kompresji, turbiny gazowej, znamienne tym, że blok kompresji gazu rozkładowego (3) usytuowany jest między wyjściem bloku chłodzenia i oczyszczania gazu (2) a wejściem bloku turbiny gazowej (4).