Яндекс.Метрика



Все об электростанциях


 


Газогенерация для крупных энергетических установок


Недостатки газификации топлива в движущемся слое


1. Большинство крупных газогенераторов на твердом топливе работает по прямому процессу с газификацией топлива в движущемся слое (метод Лурги), рис.1,а. Подобная организация процесса газификации, в особенности в условиях использования его на электростанциях, имеет ряд недостатков.

  • Малая интенсивность процесса.

    Даже в крупных газогенераторах «Лурги» со слоевым процессом газификации при работе под давлением 2…3 МПа интенсивность процесса по расходу угля на единицу поверхности слоя составляет всего 1,5…2,5 т/(ч*м2). Для обеспечения топливом энергоблока, например мощностью 1000 МВт потребовалось бы 10 газогенераторов диаметром 3,9м и производительностью по вводимому углю 30 т/ч каждый. При этом металлоемкость их превысила бы металлоемкость котла энергоблока.

  • Газ на выходе из генератора имеет температуру 550°С и содержит до 20г/м3 смоляных компонентов.

    Это затрудняет утилизацию физической теплоты газа в энергетической установке, так как требует предварительный трудоемкий цикл его очистки.

2. Газификация топлива в кипящем слое (рис.1,б, рис.2). Процесс газификации происходит при тех же химических реакциях, что и в неподвижном слое, но со значительно большей интенсивностью. Критическая скорость витания частицы в слое составляет:

где ρк – кажущаяся плотность частицы, кг/м3;
ρг – плотность газа при нормальных условиях, кг/м3;
d – средний диаметр частицы, мм;
Т – абсолютная температуры газа, К;
А – коэффициент.


Особенностями процесса газификации в кипящем слое (по сравнению с процессом газификации в слоевых газогенераторах) являются следующие:

  • получаемый газ не содержит смол и непредельных углеводородов; содержание метана в нем понижено вследствие его частичного крекинга;
  • водяные пары, выделяющиеся из топлива при его подсушке и термическом разложении, реагируя с углеродом топлива, понижают температуру слоя. В связи с этим влажность топлива, подаваемого в кипящий слой, не должна превышать 10…15%;
  • из слоя в надслойное пространство выносится большое количество топливной пыли и для ее газификации должен подаваться вторичный воздух в это пространство газогенератора;
  • основное количество золы (до 80%) уносится вместе с газом;
  • теплота сгорания газа при воздушном дутье составляет ≈ 4200 кДж/м3;
  • газификация топлива может производиться как на паровоздушном, так и на парокислородном дутье;
  • производительность газогенератора с кипящим слоем в 10…12 раз выше производительности слоевых газогенераторов при одинаковом диаметре шахты. Так производительность газогенератора диаметром 3,0 м при работе на паровоздушном дутье составляет ≈ 45 000 м3/ч;
  • интенсивность процесса при газификации в кипящем слое под давлением 2 МПа по расходу угля на единицу поверхности слоя составляет 5,8…10т/м2ч;
  • недостатком газогенераторов с кипящим слоем, кроме повышенного уноса топлива, являются также пониженная скорость газификации при атмосферном давлении и ограниченные пределы регулирования производительности вследствие неустойчивости кипящего слоя.

Пример показателей газификации бурых углей на парокислородном дутье приведен в табл.1.



3. Газификация в пылевидном потоке (система Копперс-Тотцек) – рис.1,в; рис.3.

Преимущества газификации в пылевидном потоке:

  • высокая интенсивность процесса (отсутствие ограничений на процесс температуры);
  • возможность широкого предела регулирования производительности газогенератора;
  • процесс позволяет газифицировать даже жидкое топливо (что в особенности важно для газификации композитного жидкого топлива);
  • возможность обеспечения (до 50%) вывода со шлаком (в системе жидкого шлакоудаления) золы топлива.


Принципиальные схемы организации газификации твердого топлива

Рис.1. Принципиальные схемы организации газификации твердого топлива:
а – в движущемся слое; б – в кипящем слое;
в – факельная газификация в пылевидном потоке


Недостатки способа включают в себя:

  • необходимость тонкого размола топлива;
  • высокое содержание золового уноса в генераторном газе перед системой очистки.


Схема газогенератора с кипящим слоем

Рис.2. Схема газогенератора с кипящим слоем
1 – цилиндрическая шахта;
2 – плоская колосниковая решетка;
3 – парокислородное дутье;
4 – шнеки для подачи мелкодробленого (d < 8 мм) топлива;
5 – устройство для удаления шлака;
6 – шнек шлакоудаления;
7 – зольный бункер


На паровоздушном дутье при этом способе газификации производится газ с теплотой сгорания 3800…4600 кДж/м3.

Организация газификации топлива на ТЭС приобретает особое значение в связи:

  • с необходимостью широкомасштабного использования низкосортных топлив;
  • расширением диапазона используемых видов низкосортного топлива (включая биомассу и бытовые отходы);
  • ужесточением требований по ограничению вредных выбросов ТЭС в окружающую среду.

Применительно к ТЭС представляются наиболее перспективными:

  • газогенераторы с кипящим слоем;
  • генераторы горнового типа на мелкокусковом топливе;
  • газогенераторы с факельным процессом газификации;
  • комбинированные способы энергетического использования топлива, включающие газификационные предтопки к основному парогенератору, работающему по принципу факельного пылеугольного использования топлива.


Схема газогенератора поточного типа

Рис.3. Схема газогенератора поточного типа:
1 – топливо; 2 – кислород; 3 – пар; 4 – охлаждающая вода;
5 – вода в систему золоудаления; 6 – генераторный газ;
7 – котел-утилизатор; 8 – шлак


Таблица 1

Показатели газификации бурых углей на парокислородном дутье под давлением

Показатели газификации бурых углей на парокислородном дутье под давлением


Далее следуют статьи по данной теме: