RU2277638C1 - Method of and device for producing electric energy from condensed fuels - Google Patents
Method of and device for producing electric energy from condensed fuels Download PDFInfo
- Publication number
- RU2277638C1 RU2277638C1 RU2005110353/06A RU2005110353A RU2277638C1 RU 2277638 C1 RU2277638 C1 RU 2277638C1 RU 2005110353/06 A RU2005110353/06 A RU 2005110353/06A RU 2005110353 A RU2005110353 A RU 2005110353A RU 2277638 C1 RU2277638 C1 RU 2277638C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gasifier
- fuel
- gas
- hydrogen
- supplying
- Prior art date
Links
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к способам и устройствам получения электрической энергии путем газификации конденсированных топлив, последующего сжигания получаемого горючего газа с передачей вырабатываемого тепла рабочему телу газовой турбины, приводящей в действие электрический генератор, причем часть горючего газа используется в качестве топливного газа турбины.The present invention relates to methods and devices for producing electrical energy by gasification of condensed fuels, subsequent combustion of the resulting combustible gas with the transfer of generated heat to the working body of a gas turbine driving an electric generator, and a portion of the combustible gas is used as fuel gas of the turbine.
Под конденсированными топливами в данной заявке подразумеваются содержащие свободный или химически связанный углерод материалы любого происхождения, например, ископаемые топлива (уголь, торф, сланцы, битуминозные пески, нефть), промышленные отходы (отходы углеобогащения или углепереработки, зола уноса ТЭЦ, древесные отходы, отходы биомассы, отходы нефтепереработки, шламы, резинотехнические отходы), коммунальные отходы (илы полей фильтрации, бытовой мусор). Предлагаемые способ и устройство позволяют использовать в качестве топлив для получения электроэнергии широкий спектр материалов, существенно различающихся по составу и свойствам.Condensed fuels in this application are understood to include materials of free or chemically bonded carbon materials of any origin, for example, fossil fuels (coal, peat, shale, tar sands, oil), industrial waste (coal processing or coal processing waste, fly ash from thermal power plants, wood waste, waste biomass, oil refining waste, sludge, rubber waste), municipal waste (sludge filtering fields, household waste). The proposed method and device allows the use of a wide range of materials, which significantly differ in composition and properties, as fuels for generating electricity.
Среди известных методов получения электроэнергии из конденсированных топлив наиболее перспективным считается так называемый метод IGCC (Integrated Gasification and Combined Cicle) - газификация топлива с получением электроэнергии в комбинированном цикле (газификатор - газовая турбина - паровая турбина). Как отмечено в материалах Программы чистых угольных технологий Министерства энергетики США (Clean Coal Technology Program of U.S. Department of Energy, Topical Report 21 - September 2001. Coproduction of Power, Fuels and Chemicals), технологии на базе метода IGCC являются одними из наиболее эффективных и чистых современных технологий для получения энергии из угля с выбросами, сравнимыми с выбросами электростанций, работающих на природном газе. Кроме высокой экологической чистоты метод IGCC позволяет также поднять КПД выработки электроэнергии. Так, на электростанции в Полк Кантри, Флорида (IGCC-проект компании ТАМРА ELECTRIC) к концу 2000 года планировалось довести КПД до 38%, а в крупнейшем IGCC демонстрационном проекте в Кентукки (The Kentucky Pioneer Energy IGCC Demonstration Project, The Kentucky Pioneer Energy, LLC, a subsidiary of Global Energy Inc.) заложен проектный КПД 48% для электростанции мощностью 540 MWe, работающей на буром угле.Among the well-known methods for generating electricity from condensed fuels, the so-called IGCC (Integrated Gasification and Combined Cicle) method is considered to be the most promising - gasification of fuel with the generation of electricity in a combined cycle (gasifier - gas turbine - steam turbine). As noted in the Clean Coal Technology Program of the US Department of Energy, Topical Report 21 - September 2001. Coproduction of Power, Fuels and Chemicals, IGCC-based technologies are among the most efficient and cleanest. modern technologies for generating energy from coal with emissions comparable to those of natural gas-fired power plants. In addition to high environmental friendliness, the IGCC method also allows you to increase the efficiency of electricity generation. So, at the power plant in Polk Country, Florida (the TAMRA ELECTRIC IGCC project) by the end of 2000, it was planned to increase efficiency to 38%, and in the largest IGCC demonstration project in Kentucky (The Kentucky Pioneer Energy IGCC Demonstration Project, The Kentucky Pioneer Energy, LLC, a subsidiary of Global Energy Inc.) laid down a design efficiency of 48% for a brown coal-fired 540 MWe power plant.
Высокие показатели по экологической чистоте и эффективности IGCC-проектов достигаются за счет применения сложного дорогостоящего оборудования. Так, суммарные затраты на IGCC-проект компании ТАМРА ELECTRIC в Полк Кантри составили 303 миллиона долларов США (Clean Coal Technology Program of U.S. Department of Energy, Topical Report 19 - July 2000. Integrated Gasification Combined-Cycle Project. An Update), что при мощности 250 MWe, отпускаемой внешним потребителям, означает удельную стоимость капитальных затрат примерно 1200 долларов США за один установленный киловатт электроэнергии. Для газификации топлива на электростанции в Полк Кантри используют метод ТЕХАСО (газификация под высоким давлением с использованием кислородного дутья), требующий сложной подготовки топливного газа перед его подачей в газовую турбину (охлаждение газа, очистка от летучей золы и других вредных примесей). Другим недостатком такой схемы является необходимость специальной подготовки исходного топлива (приготовление водно-угольной суспензии на основе мелкодисперсного угля определенного фракционного состава).High performance in environmental cleanliness and efficiency of IGCC projects is achieved through the use of sophisticated and expensive equipment. Thus, the total cost of the TAMRA ELECTRIC IGCC project in Polk Country amounted to $ 303 million (Clean Coal Technology Program of the US Department of Energy, Topical Report 19 - July 2000. Integrated Gasification Combined-Cycle Project. An Update), which at A capacity of 250 MWe supplied to external consumers means a unit cost of capital expenditures of approximately $ 1,200 per installed kilowatt of electricity. For gasification of fuel at power plants in the Country Regiment, the TEXASO method (high pressure gasification using oxygen blasting) is used, which requires complex preparation of fuel gas before it is fed to a gas turbine (gas cooling, cleaning of fly ash and other harmful impurities). Another drawback of such a scheme is the need for special preparation of the initial fuel (preparation of a water-coal suspension based on fine coal of a certain fractional composition).
Известен способ получения водорода и электроэнергии из низкосортного твердого топлива в плазменной энерготехнологической установке, включающий газификацию топлива в плазмохимическом реакторе, сжатие полученного синтез-газа в компрессоре, его разделение, направление синтез-газа в парогенератор для генерации водяного пара и выработки электроэнергии в турбогенераторе и в узел разделения, состоящий из двух последовательно установленных мембранных установок с компрессором между ними, в первой из которых выделяют метан, а синтез-газ направляют на сжигание в парогенератор, а во второй - из синтез-газа получают водород, который направляют потребителю либо частично направляют в плазмохимический реактор (RU 2055091, МПК С 10 J 3/18, 27.02.1996).A known method of producing hydrogen and electricity from low-grade solid fuel in a plasma energy-technology installation, including gasification of fuel in a plasma chemical reactor, compressing the resulting synthesis gas in a compressor, its separation, directing the synthesis gas to a steam generator to generate water vapor and generate electricity in a turbogenerator and in separation unit, consisting of two sequentially installed membrane units with a compressor between them, in the first of which methane is emitted, and the synthesis gas is ulation for combustion to the steam generator, and the second - the synthesis gas of hydrogen obtained, which is sent to the consumer or partially fed to a plasma chemical reactor (RU 2055091, IPC C 10 J 3/18, 27.02.1996).
Недостатком известного способа является сложность и высокие энергетические затраты на работу плазмохимического реактора.The disadvantage of this method is the complexity and high energy costs of the plasma-chemical reactor.
Известен способ переработки материалов, содержащих свободный или химически связанный углерод, в соответствии с которым топливо газифицируют в противотоке кислородсодержащего газифицирующего агента в реакторе типа туннельной печи (WO 2004/042278, МПК F 23 G 5/027, 21.05.2004). Перед подачей в реактор топливо формируют так, чтобы в нем, или между его частями, или между топливом и внутренней стенкой реактора при его перемещении по реактору образовать один или более сквозных каналов, ориентированных преимущественно вдоль направления этого перемещения. В эти каналы подают газифицирующий агент и из них выводят продукт газ, обеспечивая возможность контакта газифицирующего агента и/или продукт газа с топливом при нахождении их в канале. Такая организация процесса обеспечивает возможность газифицировать широкий спектр топлив, существенно различающихся по составу и свойствам (порошки, кусковые материалы, пастообразные материалы и даже жидкости) без привлечения специфических для каждого вида топлива операций его подготовки.A known method of processing materials containing free or chemically bonded carbon, in accordance with which the fuel is gasified in countercurrent oxygen-containing gasifying agent in a reactor such as a tunnel furnace (WO 2004/042278, IPC F 23 G 5/027, 05.21.2004). Before being fed into the reactor, the fuel is formed so that in it, or between its parts, or between the fuel and the inner wall of the reactor when it moves through the reactor, one or more through channels are formed, oriented mainly along the direction of this movement. A gasification agent is supplied to these channels and a gas is removed from them, allowing the gasification agent and / or gas product to come into contact with the fuel when they are in the channel. Such an organization of the process makes it possible to gasify a wide range of fuels that differ significantly in composition and properties (powders, lump materials, pasty materials, and even liquids) without involving the preparation operations specific to each type of fuel.
Преимуществом этого способа является простота и надежность используемого оборудования. Однако присутствие в составе получаемого горючего газа смол пиролиза затрудняет его использование в качестве топлива для газовой турбины.The advantage of this method is the simplicity and reliability of the equipment used. However, the presence of pyrolysis resins in the composition of the resulting combustible gas makes it difficult to use as a fuel for a gas turbine.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату в части способа является способ получения электроэнергии путем использования конденсированных топлив, включающий подачу конденсированного топлива и газифицирующего агента в газификатор, имеющий зону восстановления, получение в газификаторе продукт-газа, содержащего водород, образующийся в зоне восстановления, сжигание продукт-газа в топке с получением горячих дымовых газов, отбор тепла от дымовых газов в теплообменнике, использование газовой турбины в качестве привода генератора для выработки электроэнергии, часть горячих выхлопных газов которой используют в качестве газифицирующего агента, а остальные выхлопные газы используют в качестве окислителя для сжигания продукт-газа (RU 2211927, МПК F 01 К 13/00, 10.09.2003).The closest to the invention in terms of technical essence and the achieved result in terms of the method is a method for generating electricity by using condensed fuels, including supplying condensed fuel and a gasifying agent to a gasifier having a reduction zone, obtaining a product gas containing hydrogen in the gasifier from the reduction zone burning product gas in a furnace to produce hot flue gases, taking heat from flue gases in a heat exchanger, using a gas turbine in as a generator drive for generating electricity, some of the hot exhaust gases are used as a gasifying agent, and the remaining exhaust gases are used as an oxidizing agent for burning product gas (RU 2211927, IPC F 01 K 13/00, 09/10/2003).
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату в части устройства является известное из того же источника устройство получения электроэнергии путем использования конденсированных топлив, включающее газификатор, средства подачи в него конденсированного топлива и газифицирующего агента, средства вывода из реактора продукт-газа и подачи его в топку для сжигания, снабженную теплообменником для отбора тепла дымовых газов, газовую турбину, являющуюся силовым приводом генератора для выработки электроэнергии и компрессора для сжатия воздуха и оснащенную средствами подачи части выхлопных газов в газификатор в качестве газифицирующего агента и средствами подачи остальных выхлопных газов в качестве окислителя в топку для сжигания продукт-газа.The closest to the invention in terms of technical essence and the achieved result in terms of the device is a device for generating electricity by using condensed fuels known from the same source, including a gasifier, means for supplying condensed fuel and a gasifying agent into it, means for withdrawing product gas from the reactor and supplying it into a combustion chamber equipped with a heat exchanger for flue gas heat extraction, a gas turbine, which is the power drive of the generator for generating electric energy ology and a compressor for compressing air and equipped with means for supplying part of the exhaust gases to the gasifier as a gasifying agent, and means for supplying the remaining exhaust gas as the oxidant in the furnace for burning product gas.
Недостатком известных способа и устройства является узкая область применения в области переработки бурых углей.A disadvantage of the known method and device is a narrow scope in the field of brown coal processing.
Техническим результатом, на достижение которого направлено настоящее изобретение, является преодоление недостатков известных способа и устройства, использующих газификацию конденсированных топлив для получения электроэнергии, и обеспечение возможности, позволяющей использовать в качестве топлива для электростанций широкий спектр материалов, существенно различающихся по составу и свойствам (порошки, кусковые материалы, пастообразные материалы и жидкости).The technical result, the achievement of which the present invention is directed, is to overcome the disadvantages of the known method and device using gasification of condensed fuels to produce electricity, and providing the ability to use a wide range of materials that differ significantly in composition and properties as fuel for power plants (powders, bulk materials, pasty materials and liquids).
Указанный технический результат достигается тем, что в соответствии с предлагаемым способом получения электроэнергии путем использования конденсированных топлив топливо и газифицирующий агент подают в газификатор, имеющий зону восстановления, получают в газификаторе продукт-газ, содержащий водород, образующийся в зоне восстановления, сжигают продукт-газ, получаемые горячие дымовые газы подают в теплообменник, отбирают в теплообменнике тепло от дымовых газов, используют газовую турбину в качестве привода генератора для выработки электроэнергии, часть горячих выхлопных газов которой используют в качестве газифицирующего агента, а остальные выхлопные газы используют в качестве окислителя для сжигания продукт-газа, перед подачей в газификатор конденсированное топливо формируют так, чтобы в нем, или между его частями, или между топливом и внутренней стенкой газификатора при перемещении материала по газификатору образовать один или более сквозных каналов, расположенных преимущественно вдоль направления перемещения топлива по газификатору, в которые подают газифицирующий агент и в которых образуется продукт-газ, из зоны восстановления газификатора отбирают часть образующегося водорода через проницаемые для водорода мембраны, которые размещают в упомянутых каналах, и подают его в камеру сгорания газовой турбины, отбор тепла от дымовых газов в теплообменнике осуществляют путем подачи в него сжатого воздуха, охлажденного путем впрыска воды и направления подогретого сжатого воздуха в камеру сгорания газовой турбины.The specified technical result is achieved by the fact that in accordance with the proposed method of generating electricity by using condensed fuels, the fuel and gasification agent are supplied to a gasifier having a reduction zone, product gas is obtained in the gasifier, containing hydrogen generated in the reduction zone, product gas is burned, the resulting hot flue gas is fed to a heat exchanger, heat from flue gases is taken in a heat exchanger, a gas turbine is used as a generator drive to generate electric energy, part of the hot exhaust gas is used as a gasifying agent, and the remaining exhaust gas is used as an oxidizing agent for burning product gas, before being fed into the gasifier, condensed fuel is formed so that it, or between its parts, or between the fuel and the internal with the gasifier wall, when moving material through the gasifier, form one or more through channels, located mainly along the direction of fuel movement through the gasifier, into which gasifier is supplied and the agent in which the product gas is formed, a part of the generated hydrogen is taken from the gasifier recovery zone through hydrogen-permeable membranes, which are placed in the said channels, and fed into the combustion chamber of the gas turbine; heat is taken from the flue gases in the heat exchanger by feeding compressed air cooled by water injection and directing heated compressed air into the combustion chamber of a gas turbine.
Для подавления выхода смол пиролиза при газификации топлива и повышения выхода водорода за счет газификации смол конденсированное топливо и газифицирующий агент могут быть поданы в газификатор спутно, осуществляя в нем обращенный процесс газификации топлива.To suppress the yield of pyrolysis resins during gasification of fuel and increase the hydrogen yield due to gasification of resins, condensed fuel and a gasification agent can be supplied to the gasifier in a satellite, carrying out the reverse process of gasification of fuel in it.
Для управления температурным режимом процесса газификации в газификатор может быть подана вода в область высоких температур между зоной восстановления и концом газификатора, в который подают газифицирующий агент.To control the temperature regime of the gasification process, water can be supplied to the gasifier to the high temperature region between the recovery zone and the end of the gasifier, into which the gasification agent is supplied.
Чтобы снизить затраты энергии на подачу водорода в камеру сгорания газовой турбины, отбираемый из газификатора водород может быть охлажден воздухом, который направляют в топку для сжигания продукт-газа.In order to reduce energy costs for supplying hydrogen to the combustion chamber of a gas turbine, the hydrogen taken from the gasifier can be cooled by air, which is sent to the furnace for burning product gas.
Остаточное тепло дымовых газов после теплообменника может быть утилизировано в паровом котле, а вырабатываемый пар направлен в турбоагрегат, вырабатывающий электроэнергию.The residual heat of the flue gases after the heat exchanger can be disposed of in a steam boiler, and the generated steam is sent to a turbine generating electricity.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для получения электроэнергии путем использования конденсированных топлив, включающем газификатор, средства подачи в него конденсированного топлива и газифицирующего агента, средства вывода из реактора продукт-газа и подачи его в топку для сжигания, снабженную теплообменником для отбора тепла дымовых газов, газовую турбину, являющуюся силовым приводом генератора для выработки электроэнергии и компрессора для сжатия воздуха и оснащенную средствами подачи части выхлопных газов в газификатор в качестве газифицирующего агента и средствами подачи остальных выхлопных газов в качестве окислителя в топку для сжигания продукт-газа, газификатор представляет собой туннельную печь, а средства подачи в нее конденсированного топлива и газифицирующего агента выполнены таким образом, чтобы при перемещении материала по газификатору образовать один или более сквозных каналов, ориентированных преимущественно вдоль направления перемещения материала по газификатору и выполненных с возможностью обеспечения контакта находящегося в них газифицирующего агента с газифицируемым топливом, газификатор снабжен проницаемыми для водорода мембранами, расположенными в упомянутых каналах, для отбора части водорода, образующегося в зоне восстановления, и средствами подачи водорода в камеру сгорания газовой турбины, компрессор для сжатия воздуха соединен с теплообменником для подогрева сжатого воздуха, охлажденного путем впрыска воды, и имеющего средства вывода подогретого сжатого воздуха из теплообменника и подачи его в газовую турбину.The specified technical result is achieved in that in a device for generating electricity by using condensed fuels, including a gasifier, means for supplying condensed fuel and a gasifying agent to it, means for withdrawing product gas from the reactor and feeding it to a combustion chamber equipped with a heat exchanger for heat extraction flue gas, a gas turbine, which is the power drive of the generator to generate electricity and a compressor for compressing air and equipped with means for supplying exhaust gas in the gasifier as a gasifying agent and by means of supplying the remaining exhaust gases as an oxidizing agent to the furnace for burning the product gas, the gasifier is a tunnel furnace, and the means for supplying condensed fuel and gasification agent to it are made in such a way that when moving the material along the gasifier to form one or more through channels, oriented mainly along the direction of movement of the material along the gasifier and configured to provide contact of the gasifying agent with gasified fuel located in them, the gasifier is equipped with hydrogen-permeable membranes located in the said channels for taking part of the hydrogen formed in the reduction zone and means for supplying hydrogen to the combustion chamber of the gas turbine, the compressor for compressing air is connected to a heat exchanger for heating compressed air cooled by water injection, and having means for removing heated compressed air from the heat exchanger and supplying it to the gas turbine.
Газификатор может быть снабжен средствами для подачи в него воды между местом установки упомянутых мембран и концом газификатора, в который подают газифицирующий агент.The gasifier may be equipped with means for supplying water to it between the installation site of said membranes and the end of the gasifier into which the gasifying agent is supplied.
Устройство может быть снабжено средствами для охлаждения воздухом отбираемого из газификатора водорода и средствами подачи этого воздуха в топку для сжигания продукт-газа.The device can be equipped with means for cooling air taken from the hydrogen gasifier and means for supplying this air to the furnace for burning product gas.
Топка для сжигания продукт-газа может быть сопряжена с паровым котлом для утилизации остаточного тепла дымовых газов после теплообменника, а паровой котел питает паром турбоагрегат, вырабатывающий электроэнергию.A furnace for burning product gas can be coupled to a steam boiler to recover residual heat of the flue gases after the heat exchanger, and the steam boiler feeds the turbine generating steam with electricity.
На чертеже показана принципиальная схема устройства для осуществления способа получения электроэнергии путем использования конденсированных топлив.The drawing shows a schematic diagram of a device for implementing a method of generating electricity by using condensed fuels.
Устройство для получения электроэнергии путем использования конденсированных топлив содержит газификатор 1, представляющий собой туннельную печь. В качестве газифицирующего агента может быть использован воздух, или воздух, обогащенный кислородом, или чистый кислород (окислитель). Использование кислорода повышает производительность процесса и калорийность продукт-газа, но усложняет оборудование и снижает безопасность производства. Газифицирующий агент подают в газификатор в количестве, не достаточном для полного окисления топлива, в результате чего в реакторе в области высоких температур ниже по потоку газифицирующего агента от места, где полностью заканчивается кислород, формируется зона восстановления 2. В этой зоне на поверхности образующегося из топлива раскаленного кокса протекают реакции восстановления углекислого газа до СО и паров воды - до водорода.A device for generating electricity by using condensed fuels comprises a gasifier 1, which is a tunnel furnace. Air or oxygen enriched air or pure oxygen (an oxidizing agent) can be used as a gasification agent. The use of oxygen increases the productivity of the process and the calorific value of the product gas, but complicates the equipment and reduces the safety of production. The gasification agent is supplied to the gasifier in an amount not sufficient for complete oxidation of the fuel, as a result of which a reduction zone 2 is formed in the reactor at high temperatures downstream of the gasifying agent from the place where oxygen completely ends, in this zone red-hot coke reactions of reduction of carbon dioxide to CO and water vapor to hydrogen.
Средства подачи в газификатор 1 конденсированного топлива могут быть выполнены в виде платформ, на которые установлены поддоны с размещенным на них топливом. Средства подачи газифицирующего агента выполнены в виде трубопроводов с установленными на них регулирующими устройствами. На выходе газификатора 1 установлены средства вывода из него продукт-газа и подачи его в топку 3 для сжигания, снабженную теплообменником 4 для отбора тепла дымовых газов. Устройство снабжено газовой турбиной 5, являющейся силовым приводом генератора для выработки электроэнергии и компрессора 6 для сжатия воздуха и оснащенную средствами подачи части выхлопных газов в газификатор 1 в качестве газифицирующего агента и средствами подачи остальных выхлопных газов в качестве окислителя в топку для сжигания продукт-газа и камерой сгорания 7.The means for supplying condensed fuel to the gasifier 1 can be made in the form of platforms on which pallets with fuel placed on them are installed. Means for supplying a gasifying agent are made in the form of pipelines with control devices installed on them. At the outlet of the gasifier 1, means are installed for removing the product gas from it and supplying it to the combustion chamber 3 for combustion, equipped with a heat exchanger 4 for collecting heat of flue gases. The device is equipped with a gas turbine 5, which is the power drive of the generator for generating electricity and a compressor 6 for compressing air and equipped with means for supplying part of the exhaust gases to gasifier 1 as a gasifying agent and means for supplying other exhaust gases as an oxidizer to the furnace for burning product gas and combustion chamber 7.
Газификатор 1 снабжен проницаемыми для водорода мембранами 8, расположенными в одном или более сквозных каналах 9, и средствами подачи водорода в камеру сгорания 7 газовой турбины 5. В качестве средств для отбора водорода можно использовать вакуумные насосы (не показаны), а в качестве средства подачи водорода в камеру сгорания 7 газовой турбины 5 - компрессоры. Сквозные каналы 9 ориентированы преимущественно вдоль направления перемещения материала по газификатору 1 и выполнены с возможностью обеспечения контакта находящегося в них газифицирующего агента с газифицируемым топливом.The gasifier 1 is equipped with hydrogen-permeable membranes 8 located in one or more through channels 9, and means for supplying hydrogen to the combustion chamber 7 of the gas turbine 5. As means for the selection of hydrogen, vacuum pumps (not shown) can be used, and as a means of supply hydrogen into the combustion chamber 7 of a gas turbine 5 - compressors. The through channels 9 are oriented mainly along the direction of movement of the material through the gasifier 1 and are made with the possibility of contact of the gasifying agent located in them with gasified fuel.
Компрессор 6 для сжатия воздуха соединен с теплообменником 4 для подогрева сжатого воздуха, охлажденного путем впрыска воды. Средства вывода подогретого сжатого воздуха из теплообменника 4 и подачи его в газовую турбину 5 представляют собой трубопровод с установленным на нем регулирующим органом (не показаны).A compressor 6 for compressing air is connected to a heat exchanger 4 for heating compressed air cooled by water injection. Means for withdrawing heated compressed air from the heat exchanger 4 and supplying it to the gas turbine 5 are a pipeline with a regulatory body installed on it (not shown).
Газификатор 1 снабжен средствами для подачи в него воды между местом установки упомянутых мембран 8 и концом газификатора 1 со стороны средств подачи газифицирующего агента. Средства для подачи воды могут быть выполнены в виде форсунок (не показаны).The gasifier 1 is equipped with means for supplying water to it between the installation site of the mentioned membranes 8 and the end of the gasifier 1 from the supply means of the gasifying agent. Means for supplying water can be made in the form of nozzles (not shown).
Устройство может быть снабжено средствами для охлаждения воздухом отбираемого из газификатора 1 водорода и средствами подачи этого воздуха в топку 3 для сжигания продукт-газа.The device can be equipped with means for cooling the air taken from the gasifier 1 of hydrogen and means for supplying this air to the furnace 3 for burning product gas.
Топка 3 для сжигания продукт-газа может быть сопряжена с паровым котлом 10 для утилизации остаточного тепла дымовых газов после теплообменника 4, который может питать паром турбоагрегат 11, вырабатывающий электроэнергию.A furnace 3 for burning product gas can be coupled to a steam boiler 10 for utilizing residual heat of flue gases after a heat exchanger 4, which can supply steam to a turbine unit 11 generating electricity.
Предпочтительный вариант способа осуществляется следующим образом.A preferred embodiment of the method is as follows.
Процесс осуществляют, подавая топливо и кислородсодержащий газифицирующий агент (окислитель) в газификатор 1 типа туннельной печи. Зону восстановления 2 формируют после инициирования процесса, например, поместив топливо на платформы и подав их до середины реактора, где материал зажигают со стороны подачи газифицирующего агента. Можно разместить на первой платформе легко воспламеняющийся материал (дрова, торф, ветошь, смоченную керосином и т.п.), который поджигают любым источником открытого огня, в результате чего происходит и зажигание рабочего топлива.The process is carried out by supplying fuel and an oxygen-containing gasifying agent (oxidizing agent) to a type 1 gasifier of a tunnel furnace. The recovery zone 2 is formed after the initiation of the process, for example, by placing fuel on the platforms and feeding them to the middle of the reactor, where the material is ignited from the supply side of the gasification agent. It is possible to place flammable material (firewood, peat, rags moistened with kerosene, etc.) on the first platform, which is ignited by any source of open fire, as a result of which the working fuel is also ignited.
После воспламенения, постепенно продвигая платформы с топливом в газификатор 1, формируют в нем высокотемпературную область, в которой начинается газификация образующегося из топлива кокса. Как было упомянуто выше, со стороны подачи газифицирующего агента в этой области происходит полное расходование содержащегося в нем кислорода, в результате чего ниже по потоку газа формируется зона восстановления 2. Форма температурного профиля, особенно в зоне восстановления, зависит от вида топлива, направления его подачи (с правой стороны или с левой стороны) и технологического режима проведения процесса, однако сохраняет главные черты, а именно, наличие зоны высокой температуры в средней части газификатора и ее существенное снижение к концам газификатора. Когда платформа, на которой осуществляли зажигание, пройдет от середины газификатора до его конца, одновременно с подачей топлива в газификатор начинают и вывод из него твердых продуктов переработки (золы) с правой стороны или с левой стороны соответственно. В случае подачи топлива навстречу газифицирующему агенту (так называемый прямой процесс газификации) твердые продукты переработки (далее зола) будут выводиться из газификатора при относительно низкой температуре за счет их охлаждения встречным потоком относительно холодного газифицирующего агента. Выводимый из газификатора с его противоположного конца продукт-газ также будет иметь сравнительно невысокую температуру за счет охлаждения подаваемым навстречу топливом. В случае, когда топливо подают в газификатор в том же направлении, что и газифицирующий агент (так называемый обращенный процесс газификации), как продукт-газ, так и зола будут выводиться из газификатора с противоположного конца газификатора при одинаковой, сравнительно высокой по сравнению с прямым процессом температурой.After ignition, gradually advancing the platforms with fuel into the gasifier 1, a high-temperature region is formed in it, in which gasification of the coke formed from the fuel begins. As mentioned above, on the supply side of the gasification agent in this area, the oxygen contained in it is completely consumed, as a result of which a reduction zone 2 is formed downstream of the gas. The shape of the temperature profile, especially in the recovery zone, depends on the type of fuel and its supply direction (on the right side or on the left side) and the technological mode of the process, however, it retains the main features, namely, the presence of a high temperature zone in the middle of the gasifier and its significant decrease to the ends of the gasifier. When the platform on which the ignition was carried out passes from the middle of the gasifier to its end, simultaneously with the supply of fuel to the gasifier, the solid products of processing (ash) are also removed from it from the right side or from the left side, respectively. In the case of supplying fuel towards the gasifying agent (the so-called direct gasification process), solid processing products (hereinafter referred to as ash) will be removed from the gasifier at a relatively low temperature due to their cooling by the counter flow of a relatively cold gasifying agent. The product gas discharged from the gasifier from its opposite end will also have a relatively low temperature due to cooling by the supplied fuel. In the case when the fuel is supplied to the gasifier in the same direction as the gasification agent (the so-called reverse gasification process), both the product gas and ash will be removed from the gasifier from the opposite end of the gasifier at the same, relatively high compared to direct process temperature.
В обоих случаях основным препятствием для использования получаемого продукт-газа в качестве топлива для газовой турбины является присутствие в газе пыли и смол пиролиза. В настоящем изобретении техническим решением этой проблемы является отказ от очистки продукт-газа от пыли и смол. Вместо этого выводимый из газификатора 1 продукт-газ направляют для его сжигания в топку 3, снабженную теплообменником 4 для отбора тепла получаемых дымовых газов и нагрева сжатого воздуха, который используют в качестве рабочего тела газовой турбины 5. Для того, чтобы увеличить эффективность отбора тепла дымовых газов подаваемым в теплообменник сжатым воздухом, его температуру после сжатия компрессором 6 снижают путем впрыска необходимого количества воды.In both cases, the main obstacle to using the resulting product gas as fuel for a gas turbine is the presence of dust and pyrolysis resins in the gas. In the present invention, the technical solution to this problem is the refusal to clean the product gas from dust and resins. Instead, the product gas discharged from the gasifier 1 is sent to be burned in a furnace 3, equipped with a heat exchanger 4 for taking the heat of the resulting flue gases and heating the compressed air, which is used as the working fluid of the gas turbine 5. In order to increase the efficiency of flue heat removal gases supplied to the heat exchanger by compressed air, its temperature after compression by the compressor 6 is reduced by injection of the required amount of water.
Чтобы уменьшить долю тепла исходного топлива, передаваемого рабочему телу газовой турбины через теплообменник 4, и тем самым снизить его максимальную рабочую температуру, не потеряв при этом тепла для использования в рабочем цикле турбины, в настоящем изобретении предлагается отбирать из зоны восстановления 2 часть образующегося в ней водорода и подавать в камеру сгорания 7 газовой турбины 5. Такой отбор приведет к снижению теплотворной способности продукт-газа и уменьшению температуры его горения в топке 3, что позволит снизить требования к жаропрочности конструкции высокотемпературного теплообменника. Использование для этой цели проницаемых для водорода мембран 8 гарантирует полное отсутствие пыли и смол пиролиза в отбираемом газе и позволяет без какой-либо очистки направлять его в камеру сгорания 7 турбины 5. Это техническое решение обеспечивает передачу теплосодержания от исходного конденсированного топлива к рабочему телу газовой турбины 5 параллельно по двум каналам: а) через сжигание получаемого из топлива "грязного" продукт-газа, содержащего смолы пиролиза, для нагрева сжатого воздуха, подаваемого в турбину, и b) через отбор из зоны восстановления 2 газификатора 1 экологически чистого топлива для турбины 5 - водорода. Отбор водорода из восстановительной зоны 2 смещает равновесие в сторону его большего образования, что позволяет в большей мере перенести тепловую нагрузку с теплообменника 4 на камеру сгорания 7 газовой турбины 5. В связи с тем, что температура в зоне восстановления газификатора 1 близка к оптимальным рабочим температурам металлических мембран 8, используемых для выделения водорода (500-700°С), их использование в предлагаемой схеме упрощается (не требуется специального нагрева мембран).In order to reduce the fraction of heat of the initial fuel transferred to the working fluid of the gas turbine through the heat exchanger 4, and thereby reduce its maximum operating temperature without losing heat for use in the turbine’s duty cycle, it is proposed in the present invention to remove part of the generated from it in the recovery zone 2 hydrogen and feed into the combustion chamber 7 of the gas turbine 5. This selection will lead to a decrease in the calorific value of the product gas and a decrease in its combustion temperature in the furnace 3, which will reduce the required I heat resistance to high temperature heat exchanger design. The use of hydrogen-permeable membranes 8 for this purpose ensures complete absence of dust and pyrolysis resins in the sampled gas and allows directing it into the combustion chamber 7 of the turbine 5 without any cleaning. This technical solution ensures the transfer of heat content from the initial condensed fuel to the working fluid of the gas turbine 5 in parallel through two channels: a) through the combustion of the "dirty" product gas obtained from the fuel containing pyrolysis resins to heat the compressed air supplied to the turbine, and b) through the selection from the zones s recovery 2 gasifier 1 environmentally friendly fuel for turbine 5 - hydrogen. The selection of hydrogen from the reduction zone 2 shifts the equilibrium towards its larger formation, which allows a greater transfer of the heat load from the heat exchanger 4 to the combustion chamber 7 of the gas turbine 5. Due to the fact that the temperature in the recovery zone of the gasifier 1 is close to the optimal operating temperature metal membranes 8 used for hydrogen evolution (500-700 ° C), their use in the proposed scheme is simplified (special heating of the membranes is not required).
Один или несколько каналов 9 необходимой формы и размеров могут быть сформированы или между топливом и внутренней стенкой газификатора 1 путем размещения топлива на поддонах, или между его частями путем размещения этих частей на поддонах, расположенных друг над другом с образованием между каждым поддоном и топливом, размещенным на соседнем нижележащем поддоне, промежутка, образующего один из указанных каналов.One or more channels 9 of the required shape and size can be formed either between the fuel and the inner wall of the gasifier 1 by placing fuel on pallets, or between its parts by placing these parts on pallets located one above the other with the formation between each pallet and fuel placed on the adjacent underlying pallet, the gap forming one of these channels.
Газовый поток на входе в канал представляет собой газифицирующий агент, далее по длине газификатора 1 в результате обмена потоками тепла и массы с поверхностью топлива внутри канала 9 он обогащается газообразными продуктами переработки, превращаясь в продукт-газ на другом конце газификатора.The gas stream at the inlet to the channel is a gasifying agent, then along the length of the gasifier 1 as a result of the exchange of heat and mass flows with the fuel surface inside the channel 9, it is enriched with gaseous products of processing, turning into a product gas at the other end of the gasifier.
В средней части газификатора 1 независимо от направления подачи топлива образуется область, в которой внутри канала отсутствуют как кислород, так и смолы пиролиза и в которой протекают реакции образования СО и водорода за счет взаимодействия кокса с углекислым газом и парами воды (зона восстановления 2). В случае прямого процесса (подача топлива навстречу газифицирующему агенту) образование смол пиролиза происходит ниже зоны 2 по потоку газа, где они выделяются из топлива за счет его нагрева горячим газовым потоком, не содержащим кислорода, поступают в продукт-газ и выводятся вместе с ним из газификатора 1 в виде тумана навстречу подаваемому топливу. В случае обращенного процесса пиролиз топлива происходит между концом газификатора 1, в который подают топливо и газифицирующий агент, и зоной максимальных температур. Выделяющиеся здесь летучие продукты пиролиза переносятся в канале потоком газифицирующего агента, содержащего кислород, в высокотемпературную зону горения, в которой кислород расходуется в реакциях окисления и где они сгорают практически полностью, образуя углекислый газ и пары воды.In the middle part of gasifier 1, regardless of the direction of fuel supply, a region is formed in which both oxygen and pyrolysis resins are absent inside the channel and in which reactions of CO and hydrogen formation occur due to the interaction of coke with carbon dioxide and water vapor (reduction zone 2). In the case of a direct process (supply of fuel towards the gasifying agent), the formation of pyrolysis resins occurs below zone 2 in the gas stream, where they are released from the fuel by heating it with a hot gas stream that does not contain oxygen, enter the product gas and are removed from it gasifier 1 in the form of fog towards the supplied fuel. In the case of the reversed process, fuel pyrolysis occurs between the end of the gasifier 1, into which the fuel and gasification agent are supplied, and the zone of maximum temperatures. The volatile pyrolysis products released here are transported in the channel by a stream of a gasifying agent containing oxygen to the high-temperature combustion zone, in which oxygen is consumed in the oxidation reactions and where they burn almost completely, forming carbon dioxide and water vapor.
Таким образом, в обоих рассмотренных случаях имеется возможность разместить в каналах 9 мембраны 8 для отбора водорода в средней части газификатора 1 в зоне восстановления. При правильном размещении мембран условия для их работы внутри газификатора практически идеальные - оптимальная температура и почти полное отсутствие конденсированных примесей в потоке газа.Thus, in both cases considered, it is possible to place membranes 8 in channels 9 for hydrogen selection in the middle part of gasifier 1 in the reduction zone. With proper placement of the membranes, the conditions for their operation inside the gasifier are almost ideal - the optimum temperature and the almost complete absence of condensed impurities in the gas stream.
Следует отметить, что при использовании обращенного процесса газификации превращение исходного топлива в неконденсирующиеся газы происходит с большей полнотой, так как, по существу, газификации подвергаются также и смолы пиролиза, которые в прямом процессе выносятся из газификатора в виде тумана относительно холодным продукт-газом. Для топлив типа биомассы, торфа или бурого угля содержание смол в продукт-газе может достигать 5-10% по массе. Их газификация в обращенном процессе увеличивает концентрацию водорода в зоне восстановления по сравнению с прямым процессом и, тем самым, позволяет в этом случае или увеличить количество отбираемого водорода, или уменьшить затраты энергии на его отбор.It should be noted that when using the inverse gasification process, the conversion of the initial fuel into non-condensable gases occurs with greater completeness, since, in essence, gasification also involves pyrolysis resins, which are carried out in the direct process from the gasifier in the form of fog with relatively cold product gas. For fuels such as biomass, peat or brown coal, the resin content in the product gas can reach 5-10% by weight. Their gasification in the reversed process increases the concentration of hydrogen in the reduction zone in comparison with the direct process and, thus, in this case allows either to increase the amount of hydrogen taken, or to reduce the energy consumption for its selection.
При газификации высококалорийных топлив с малой влажностью максимальная температура в газификаторе может стать чрезмерно высокой. Чтобы управлять температурным режимом процесса в газификатор подают воду в область высоких температур между восстановительной областью 2 и тем концом газификатора, в который подается газифицирующий агент (окислитель). Такой способ регулирования максимальной температуры в газификаторе имеет преимущество, например, по сравнению с подачей водяного пара в газифицирующий агент, поскольку исключает затраты тепла на производство пара.When gasifying high-calorific fuels with low humidity, the maximum temperature in the gasifier can become excessively high. To control the temperature regime of the process, water is supplied to the gasifier to the high temperature region between the reducing region 2 and the end of the gasifier, into which the gasifying agent (oxidizing agent) is supplied. This method of controlling the maximum temperature in the gasifier has an advantage, for example, compared with the supply of water vapor to the gasification agent, since it eliminates the cost of heat for the production of steam.
Чтобы снизить энергетические затраты на сжатие отбираемого из газификатора водорода для его подачи в камеру сгорания газовой турбины, можно охлаждать водород воздухом, который затем используется в качестве окислителя для сжигания продукт-газа в топке 3.To reduce the energy costs of compressing the hydrogen taken from the gasifier to supply it to the combustion chamber of a gas turbine, it is possible to cool the hydrogen with air, which is then used as an oxidizing agent for burning product gas in the furnace 3.
Для повышения КПД выработки электроэнергии часть горячих выхлопных газов после газовой турбины 5 можно подавать в газификатор 1 в качестве части газифицирующего агента.To increase the efficiency of electricity generation, part of the hot exhaust gases after the gas turbine 5 can be fed into the gasifier 1 as part of the gasification agent.
Остальные выхлопные газы турбины 5 можно использовать в качестве окислителя для сжигания продукт-газа в топке 3.The remaining exhaust gases of the turbine 5 can be used as an oxidizing agent for burning product gas in the furnace 3.
Чтобы снизить потери тепла в окружающую среду с дымовыми газами, выходящими из теплообменника 4, остаточное тепло дымовых газов можно утилизировать в паровом котле 10, а вырабатываемый пар направлять в турбоагрегат 11, вырабатывающий электроэнергию.To reduce heat loss to the environment with flue gases leaving the heat exchanger 4, the residual heat of the flue gases can be disposed of in a steam boiler 10, and the generated steam can be sent to a turbine unit 11 generating electricity.
Таким образом, способ получения электроэнергии путем использования конденсированных топлив и устройство для его осуществления позволяют использовать в качестве топлива для электростанций широкий спектр материалов, существенно различающихся по составу и свойствам (порошки, кусковые материалы, пастообразные материалы и жидкости).Thus, the method of generating electricity through the use of condensed fuels and a device for its implementation make it possible to use a wide range of materials that differ significantly in composition and properties (powders, lump materials, pasty materials and liquids) as fuel for power plants.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005110353/06A RU2277638C1 (en) | 2005-04-11 | 2005-04-11 | Method of and device for producing electric energy from condensed fuels |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005110353/06A RU2277638C1 (en) | 2005-04-11 | 2005-04-11 | Method of and device for producing electric energy from condensed fuels |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2277638C1 true RU2277638C1 (en) | 2006-06-10 |
Family
ID=36712928
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005110353/06A RU2277638C1 (en) | 2005-04-11 | 2005-04-11 | Method of and device for producing electric energy from condensed fuels |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2277638C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2495079C2 (en) * | 2008-11-14 | 2013-10-10 | ИТиИкс СИСТЕМЗ ИНК. | Method of refining heavy and bituminous oil products |
-
2005
- 2005-04-11 RU RU2005110353/06A patent/RU2277638C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2495079C2 (en) * | 2008-11-14 | 2013-10-10 | ИТиИкс СИСТЕМЗ ИНК. | Method of refining heavy and bituminous oil products |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8349504B1 (en) | Electricity, heat and fuel generation system using fuel cell, bioreactor and twin-fluid bed steam gasifier | |
| US4193259A (en) | Process for the generation of power from carbonaceous fuels with minimal atmospheric pollution | |
| US6141796A (en) | Use of carbonaceous fuels | |
| US5937652A (en) | Process for coal or biomass fuel gasification by carbon dioxide extracted from a boiler flue gas stream | |
| US20110315096A1 (en) | Gasifier Hybrid combined cycle power plant | |
| AU2012362086B2 (en) | Biomass gasification island process under high temperature and atmospheric pressure | |
| KR20120112469A (en) | Thermal-chemical utilization of carbon-containing materials, in particular for the emission-free generation of energy | |
| CZ2004440A3 (en) | Method for controlling temperature of combustion turbine inlet fuel in order to achieve maximum power output | |
| KR101693865B1 (en) | Carbon capture cooling system and method | |
| US9057028B2 (en) | Gasifier power plant and management of wastes | |
| US9273607B2 (en) | Generating power using an ion transport membrane | |
| EP2715092A1 (en) | Gasifier power plant and management of wastes | |
| KR101402221B1 (en) | Lng combined cycle power plant and power generating method utilizing a small-medium scale gasification system for improving generating efficiency | |
| US4387560A (en) | Utilization of coal in a combined cycle powerplant | |
| US20120297775A1 (en) | Integrated gasifier power plant | |
| RU2277638C1 (en) | Method of and device for producing electric energy from condensed fuels | |
| WO1997005216A1 (en) | Improvements in the use of carbonaceous fuels | |
| KR101482574B1 (en) | Integrated coal gasification combined cycle power generating system | |
| US4387561A (en) | Utilization of coal powering a gas turbine engine | |
| RU2301374C1 (en) | Method and device for preparing fuel for combustion | |
| US4346317A (en) | Gasified coal-fired system | |
| US8597581B2 (en) | System for maintaining flame stability and temperature in a Claus thermal reactor | |
| WO2010017534A2 (en) | Method and system for fuel gas combustion, and burner for use therein | |
| RU2826848C1 (en) | Method of generating electric energy in gas turbine based on use of solid fuel gasification products | |
| JP2019178230A (en) | Gasification furnace system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Effective date: 20070213 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070412 |