SU1740708A1 - Энергетическа установка с подземной газификацией угл - Google Patents

Description

ботки угл , а также хранени  и транспортировки полученного горючего iaaa по сравнению с электроэнергией

Известны также способ и устройство дл  подземной газификации угл  и сбора тепла , которые основываютс  на непосредственном вводе в пласт специальных газифицирующих реагентов при контролируемых температуре и давлении Это устройство содержит трубопровод с форсункой на конце, через которую распыл ютс  упом нутые реагенты, обвитый вторым трубопроводом-змеевиком с циркулирующей жидкостью дл  отвода тепла, отбираемого у исход щих горючих газов. Обе системы трубопроводов по скважине опущены в зону гор щего угольного пласта

Недостатком данных способа и устройства  вл ютс  весьма высока  сложность технологического процесса газификации, применение дорогосто щих реагентов и низка  эффективность обусловленна  локальным применением в ограниченном пространстве .

Известно также устройство дл  преобразовани  энергии продуктов сжигани  топлива, например угл , которое включает в себ  газогенератор, выполненный в виде топочного котла с наддувом от компрессора , первый электрогенератор, установленный на валу газовой турбины перед которой пасположен узел газоочистки, котел-утилизатор (экономайзер) с паровой турбиной, на валу которой установлен второй электрогенератор , причем у паровой турбины предусмотрен промежуточный отбор пара дл  теплофикации.

Недостатком этого устройства  вл етс  выполнение газогенератора в виде топочного котла, что предполагает предварительную добычу угл  традиционным способом, а также установка газовой турбины перед котлом-утилизатором с паровым циклом, что снижает эффективность установки в целом, так как сбрасываемый в атмосферу газ обладает еще значительным запасом тепловой и кинетической энергии, котора  могла бы быть утилизирована газовой бескомпрессорной турбиной.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  энергетическа  установка с подземной газификацией угл , включающа  в себ  газогенератор с дымососом на входе и котлом-утилизатором на выходе, выполненным в виде в канале по ходу газа размещены три теплообменные поверхности, перва  из которых включена в теплопередающий контур с турбиной.

Недостатком прототипа  вл етс  необходимость применени  низкокип щего рабочего тела, например хладона, во втором контуре утилизации дл  обеспечени  достаточно эффективного процесса глубокого охлаждени  продуктов подземного сжигани  угл .

Целью изобретени   вл етс  повышение эффективности преобразовани 

0 энергии сжигани  (газификации) угл  в подземных услови х.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что энергетическа  установка с подземной газификацией угл  снабжена газовой тур5 биной, размещенной на выходе котла- утилизатора, треть  теплообменна  поверхность включена в теплопередающий контур за первой теплообменной поверхностью по ходу рабочей среды, при этом две

0 первые теплообменные поверхности выполнены в едином теплоизолированном кожухе , а дополнительный дымосос размещен в канале перед третьей теплообменной поверхностью .

5 На фиг.1 изображена функциональна  схема энергетической установки с подземной газификацией угл .

Установка содержит газогенератор 1 с дутьевым оборудованием (вентил тором) 2,

0 первый электрогенератор 3, св занный с валом газовой турбины 4 (бескомпрессорной утилизационной), перед которой расположен узел 5 газоочистки, второй электрогенератор б, св занный с валом паровой

5 турбины 7, запитанной с выхода первого контура теплопередачи 8, расположенного в первом котле-утилизаторе 9, первый насос 10 (питательный), установленный на входе первого контура теплопередачи 8, введен0 ные второй котел утилизатор 11с контуром теплопередачи 12, на входе которого установлен второй насос 13, циркул ционный, причем второй котел-утилизатор 11 установлен между узлом 5 газоочистки и входом

5 газовой турбины 4, в качестве которой применена бескомпрессорна  утилизационна  газоза  турбина (ГУБТ), т говый вентил тор (дымосос) 14, установленный между узлом газоочистки 5 и газовым выходом котла ути0 лизатора 9, в который кроме первого контура теплопередачи 8, введен контур теплопередачи 15, охватывающий первый контур снаружи и контактирующий с ним непосредственно через поверхность тепло5 обмена, Причем, контуры 8 и 15 теплоизолированы кожухом 17 от дымовых газов.

Всас питательного насоса 10 св зан с выхлопным патрубком турбины 7 через конденсатор (холодильник) 16 и устройства обработки пароконденсата и питательной

воды, которые на схеме не показаны (градирн , деаэратор, питательна  емкость и др.). т.к. включены в схему стандартно между насосом 10 и холодильником 16.

Контур теплопередачи 12 входом через насос 13 св зан с выходом контура 15, а выходом - через насос 18 с входом контура 19, который через клапаны-отсекатели 20, 21 и задвижку 22 св заны с входом контура 15. Выход дымовых газов газогенератора 1 св зан с входом котла-утилизатора 9 скважиной (трубопроводом) по которой поступают дымовые газы, внутри которой проход т трубы контура 19, заполненные высокотемпературные теплоносителем, например, азотом. Между вход щим и исход щим трубопроводами теплопередающего контура 19 включены поперечные параллельные ветви 23, количество которых определ етс  расчетным путем исход  из мощности ежи- гаемого угольного блока 36, который эти ветви 23 пронизывает насквозь или расположены вблизи плоскости угольного блока 36. Перемычки 37 и 38 раздел ют свежую струю воздуха (оконтуренные стрелки), по- даваемого вентил тором 2 или самотоком от струи дымовых газов (через стрелки), откачиваемых т говым вентил тором 14. Поток газа после узла 5 газоочистки показан стрелками, заштрихованными продольно- поперечными лини ми. Перемычки 39 и 40 предотвращают утечку дымовых газов по подземным выработкам. Электрооборудование дл  подключени  электрогенераторов 3 и 6 к сети используетс  стандартное и поэтому на чертеже не показаны.

На фиг.2а и фиг.26 изображены два варианта устройства дл  обеспечени  теплового контакта между высокотемпературным теплоносителем контура 15 и рабочим те- лом турбины 7 контура 8. Первый вариант основан на применении пластинчатого или ребристо-пластинчатого теплообменника, а второй вариант реализуетс  по принципу труба в трубе. При этом допускаетс  нали- чие теплоизолирующего экрана 17, охватывающего данные контуры снаружи.создава  замкнутое пространство ослабл ющее рассеивание тепла в среде дымовых газов if далее в атмосфере, окружающей котел-ути- лизатор 9.

Устройство дл  преобразовани  энергии продуктов сжигани  угл  функционирует следующим образом. f

Инициируют возгорание угл  в газоге- нераторе 1 подава  в него воздух самотоком или дутьевым вентил тором 2 и откачива  газообразные продукты горени  т говым вентил тором (дымососом) 14. Тем самым обеспечиваетс  прохождение нагретых дымовых газов через котел-утилизатор 9, в котором возникает разрежение, так как он установлен на всасе т гового вентил тора 14 Пройд  через вентил тор 14 дымовой газ поступает в узел 5 газоочистки, после чего очищенный дымовой газ подаетс  во второй котел утилизатор 11, после которого этот газ поступает в газовую турбину 4, в качестве которой целесообразно использовать газовую утилизационную бескомпрессорную турбину (ГУБТ) в которой газ расшир етс  и охлаждаетс  соверша  при этом механическую работу, затрачиваемую на привод электрогенератора 3, а отработанный дымовой газ сбрасываетс  в атмосферу после улавливани   довитых и горючих компонентов . Проход  через котел-утилизатор 9, дымовые газы обтекают контуры 8 и 15 снаружи, исключа  тем самым их теплообмен с атмосферой, но при этом сами отбирают часть тепла у контура 15 и перенос т его через узел 5 газоочистки в котел-утилизатор 11, в котором дымовые газы дополнительно подогреваютс  контуром 12,  вл ющимс  продолжением контура 15 При этом высокотемпературный теплоноситель последовательно проходит оба котла- утилизатора 9 и 11 и возвращаетс  снова к очагу горени  угольного блока насосами 13 и 18. В контуре 8 образуетс  рабочее тело (вод ной пар), который поступает в турбину 7, привод щую в движение электрогенератор 6, св занный с шинами электроподстанции , котора  на чертеже не показана ввиду ее стандартного исполнени .

Дл  обеспечени  нормальной эксплуатации трубопроводов 19 снабжен задвижкой 22 и клапанами-отсекател ми 20, 21. 24, 25 ... 35, которые исключают прохождение нагретого теплоносител  по трубам 23, не наход щимс  в зоне очага горени , а также в случае прогара какой-либо ветви трубопровода 23 обеспечиваетс  ее автоматическа  отсечка от остального трубопровода.

Поскольку узел газоочистки 5 и контур 12 в котле-утилизаторе 11 установлены на выходе т гового вентил тора 14, то при преодолении их сопротивлени  возникает избыточное давление, которое достаточно дл  нормальной работы газовой утилизационной бескомпрессорной турбины.

Таким образом, все контуры теплообменника  вл ютс  замкнутыми и взаимосв занными , что позвол ет обеспечить автоматическое регулирование процессов теплообмена и преобразовани  тепловой энергии сжигаемого в газогенераторе 1 угл  в электрическую энергию путем регулировани  числа оборотов циркул ционных насосов 13 и 18, а также дутьевого и т гового вентил торов 2 и 14 соответственно.

Внешние части трубопроводов 19, а также их части пролегающие по скважинам или стволам вплоть до теплообменника 9 подлежат обмуровке дл  уменьшени  теплообмена с окружающей средой.

Высокотемпературный теплоноситель в контурах 12, 15, 19, 23 может быть жидкостью (например, вода), тогда нагнетатель и узел 13 и 18  вл етс  насосом, а может быть газом (например, азот) тогда нагнетатель 13 и узел 18  вл ютс  компрессорами.

По скважине или стволу трубопровод 19 находитс  в среде дымовых газов, исход щих под действием дымососа 14 и наход щихс  в контакте с обсадными трубами скважины или армировкой и стенками ствола шахты.

Данна  установка может быть также использована применительно к наземным газогенераторам , а после соответствующей модернизации - к коксовым батаре м

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Энергетическа  установка с подземной газификацией угл , включающа  газогенератор с дымососом на входе и котлом-утилизатором на выходе, выполненным в виде канала с дополнительным дымососом, при этом в канале по ходу газа размещены три теплообменные поверхности, перва  из которых включена в теплопередающий контур газогенератора, а втора  - в паросиловой контур с турбиной, отличающа с  тем, что, с целью повышени  эффективности, она дополнительно снабжена газовой турбиной,

   размещенной на выходе котла-утилизатора, треть  теплообменна  поверхность включена в теплопередающий контур за первой теплообменной поверхностью по ходу рабочей среды, при этом две первые теплообменные поверхности выполнены в едином теплоизол ционном кожухе, а дополнительный дымосос размещен в канале перед третьей теплообменной поверхностью.

   Ч Ч VVV VVV N VV44N

   riX Ivt

   фиг. 2а

   Ivt

   ft

   фиг. 2$