бесплатно рефераты

бесплатно рефераты

 
 
бесплатно рефераты бесплатно рефераты

Меню

Исследование паровоздушной газификации низкосортных углей Украины бесплатно рефераты

|Фишеру-Тропшу | | | | |

|ВСЕГО |40 000 |100 |17 200 |14,3 |

Приведенные данные наглядно демонстрируют ускорение динамики

вовлечения газификации угля в мировую промышленность. Повышенный интерес к

внутрицикловой газификации угля в развитых странах объясняется двумя

причинами. Во-первых, ТЭС с внутрицикловой газификацией экологически менее

опасна. Благодаря предварительной очистке газа сокращаются выбросы оксидов

серы, азота и твердых частиц. Во-вторых, использование бинарного цикла

позволяет существенно увеличить КПД электростанции и, следовательно,

сократить удельный расход топлива.

В табл.1.2 приведены характерные величины удельных выбросов и

КПД для ТЭС с внутрицикловой газификацией и для ТЭС с традиционным

сжиганием угля.

Величины удельных выбросов и КПД для ТЭС с внутрицикловой газификацией и с

традиционным сжиганием угля

Таблица 1.2

|Параметры |Традиционная |ТЭС с внутрицикловой |

| |угольная ТЭС |газификацией |

|Концентрация вредных веществ|130 |10 |

|в дымовых газах |150 |30 |

|(для угольной ТЭС – согласно|16 |10 |

|Евростандарту), мг/м3 | | |

|- SOx | | |

|- NOx | | |

|- Твердые частицы | | |

|Электрический КПД, % |33-35 |42-46 |

Необходимо отметить, что удельные капитальные затраты при

использовании внутрицикловой газификации составляют примерно 1500 долл. США

за 1кВт с перспективой снижения до 1000-1200 долл. США, в то время как для

традиционной угольной ТЭС удельные капитальные затраты составляют примерно

800-900 долл. США за 1 кВт. Ясно, что ТЭС с внутрицикловой газификацией

твердого топлива более привлекательна при наличии экологических ограничений

в месте размещения и при использовании достаточно дорогого топлива, так как

расход топлива на 1 кВт сокращается. Эти условия характерны для развитых

стран. В настоящее время использование внутрицикловой газификации твердого

топлива считается самым перспективным направлением в энергетике.

Для современной химической промышленности и энергетики требуются

газогенераторы с единичной мощностью по углю 100 т/ч и более. К началу 1970-

х годов в промышленном масштабе было реализовано три типа газогенераторов

[4].

. Cлоевые газогенераторы. В разное время действовало более 800

газогенераторов, в том числе более 30 газогенераторов “Лурги” с

единичной мощностью по углю до 45 т/ч. После 1977 г. введено в

эксплуатацию еще 130 газогенераторов “Лурги”.

. Газогенераторы Винклера с кипящим слоем. Было сооружено более 40

аппаратов с единичной мощностью до 35 т/ч по углю.

. Пылеугольные газогенераторы Копперса-Тотцека. К началу 1970-х годов

эксплуатировалось более 50 аппаратов с единичной мощностью до 28 т/час

по углю.

Не случайно все самые мощные газогенераторы имели немецкое

происхождение. Причина в том, что в Германии нет собственной нефти, но

имеются большие запасы угля. В 1920-1940 гг. в Германии была реализована

беспрецедентная по масштабам программа углепереработки с производством

моторных топлив, металлургического топлива, газов различного назначения и

широкого спектра продуктов углехимии, включая пищевые продукты. Во время

второй мировой войны с использованием жидких продуктов пиролиза, прямого и

непрямого ожижения угля производилось до 5,5 млн. т в год моторного

топлива. Именно немецкие разработки того времени определили на многие

десятилетия стратегию развития технологий углепереработки, в том числе

газификации топлива.

Если проанализировать конструктивные особенности и принцип действия

современных промышленных газогенераторов (к настоящему времени до

промышленного масштаба доведено еще более десяти конструкций

газогенераторов), можно выделить четыре основополагающих инженерных

решения.

1. Создание Фрицем Винклером (концерн BASF) в 1926 г. газогенератора с

кипящим слоем. Эта технология послужила основой для современных процессов

HTW (Hoch-Temperatur Winkler) и KRW (Kellogg-Rust-Westinghouse) и др.

2. Разработка фирмой "Лурги" в 1932 г. слоевого газогенератора, работающего

под давлением 3 МПа. Использование повышенного давления для интенсификации

процесса газификации реализовано почти во всех современных промышленных

газогенераторах.

3. Разработка Генрихом Копперсом и Фридрихом Тотцеком в 1944-45 гг.

пылеугольного газогенератора с жидким шлакоудалением. Первый промышленный

аппарат этого типа был построен в 1952 г. в Финляндии. Пылеугольный принцип

газификации с жидким шлакоудалением реализован в промышленных аппаратах

Destec, Shell, Prenflo, разработанных на основе газогенератора Копперса-

Тотцека, в аппарате Texaco и др. Удаление шлака в жидком виде реализовано в

слоевом газогенераторе BGL (British Gas– Lurgy), разработанном на основе

газогенератора Лурги.

4. Разработка фирмой Texaco в 1950-е годы газификаторов для переработки

тяжелых нефтяных остатков. Всего построено более 160 таких установок. В

1970-е годы была разработана модификация аппарата Texaco для газификации

водо-угольной суспензии. Принцип подачи угля в аппарат в виде водо-угольной

суспензии использован и в газогенераторе Destec.

Были попытки использовать и ряд других технических решений для

создания новых газогенераторов: использование внешнего теплоносителя, в том

числе тепла ядерного реактора; газификация в расплавах солей, железа,

шлака; двух - трехступенчатая газификация; газификация в плазме;

каталитическая газификация и др.

В 1930-1950 гг. были разработаны теоретические основы физико-

химических процессов горения и газификации угля, выполнены фундаментальные

исследования, не потерявшие актуальности до настоящего времени. В данном

направлении неоспоримо лидерство советских ученых: А.С.Предводителева,

Л.Н.Хитрина, Я.Б.Зельдовича, Н.В.Лаврова, Д.А.Франк-Каменецкого,

Б.В.Канторовича и др.

Газификации могут быть подвергнуты любые виды твердых топлив от

бурых углей до антрацитов.

Активность твердых топлив и скорость газификации в значительной

степени зависит от минеральных составляющих, выступающих в роли

катализаторов. Относительное каталитическое влияние микроэлементов углей

при газификации может быть представлено рядом:

Mn>Ba>>B, Pb, Be>>Y, Co>Ga>Cr>Ni>V>Cu.

К основным параметрам, характеризующим отдельные процессы

газификации твердых топлив, могут быть отнесены:

- тип газифицирующего агента;

- температура и давление процесса;

- способ образования минерального остатка и его удаление;

- способ подачи газифицирующего агента;

- способ подвода тепла в реакционную зону.

Все эти параметры взаимосвязаны между собой и во многом определяются

конструктивными особенностями газогенераторов.

Обычно газифицирующими агентами служат воздух, кислород и водяной

пар. При паро-воздушном дутье отпадает необходимость в установке

воздухоразделения, что удешевляет процесс, но получается газ

низкокалорийный, поскольку сильно разбавлен азотом воздуха.

Температура газификации в зависимости от выбранной технологии может

колебаться в широких пределах 850-2000 0С. диапазон давлений газификации от

0.1 до 10.0 МПа и выше. Газификация под давлением предпочтительна в случаях

получения газа, используемого затем его в синтезах, которые проводятся при

высоких давлениях (снижаются затраты на сжатие синтез-газа).

В газогенераторах с жидким шлакоудалением процесс проводят при

температурах выше температуры плавления золы (обычно выше 1300-1400 0С).

”Сухозольные“ газогенераторы работают при более низких температурах, и зола

из него выводится в твердом виде [6].

По способу подачи газифицирующего агента и по состоянию топлива при

газификации различают слоевые процессы, при которых слой кускового топлива

продувается по противоточной схеме газифицирующими агентами, а также

объёмные процессы, в которых большей частью по прямоточной схеме топливная

пыль взаимодействует с соответствующем дутьем.

Процесс газификации угля первого поколения: Лурьги, Винклера и

Копперс-Тотцека, достаточно хорошо изучены и применяются в промышленности в

ряде стран для получения в основном синтез-газа и заменителя природного

газа.

Большинство крупных газогенераторов на твердом топливе работают по

прямому процессу с газификацией топлива в движущемся слое. При этом

движение топлива и дутья происходит навстречу друг другу. По этой схеме

подаваемое в газогенератор дутьё происходит через шлковую зону, где оно

несколько подогревается, и далее поступает в зону горения топлива при

недостатке кислорода. Кислород дутья вступает в реакции с углеродом образуя

оксид и диоксид углерода одновременно.

Основными недостатками процесса Лурьги является сравнительно

небольшая скорость разложения водяного пара дутья, необходимость

использования водяного пара как охлаждающего теплоносителя,

предотвращающего сплавления и спекания золы, а также содержания в газе

высших углеводородов и фенолов [9].

Повышение температуры реализовано в процессе БГЛ с жидким

шлакоудалением, разработанном фирмой “ British gas “ на основе процесса

Лурьги. Этим способом можно перерабатывать малореакционные и коксующие угли

широкого гранулометрического состава. Выделенные из газа смолы и пыль

возвращают в газогенератор, причем количество возврата может доходить до

15% на уголь. Процесс проверен на установки мощностью по углю 350 т/сут. В

Ухтфильде. Процесс считается перспективным для применения в США , где

ведутся работы по его совершенствованию [10].

Процесс Винклера основан на использовании псевдоожиженного слоя

топлива. Принцип газификации мелкозернистого топлива в кипящем слое

заключается в том, что при определенной скорости дутья и крупности топлива,

лежащей на решетки слой топлива приходит в движение.

Процесс Винклера обеспечивает высокую производительность,

возможность переработки различных углей и управлением составом конечных

продуктов. Однако в этом процессе велики потери непрореагированного угля до

20-30% (масс.), выносимого из реактора, что ведет к потере теплоты и

снижению энергетической эффективности процесса. Псевдоожиженный слой

отличается большой чувствительностью к изменению режима процесса, а низкое

давление лимитируется производительность газогенераторов [5].

По методу Винклера в разных странах работают 16 заводов ( Испании,

Японии, Германии, Кореи и другие). Газогенератор типа Винклера имеет

диаметр 5,5 м; высоту 23 м и максимальная единичная мощность действующих

газогенераторов этого типа в настоящее время составляет 33 тыс. м3 газа в

час [6].

В США разработан процесс газификации угля в аппарате с последующей

агломерацией золы- так называемый процесс-V, предназначенный для

производства низкокалорийного газа, который может быть использован в

качестве сырья для получения водорода, аммиака или метанола, а также как

топлива. Газификацию проводят в присутствии кислорода и паров воды в

псевдоожиженном слое при давлении 5,7-7 МПа и температуре 980-1100 0С.

Угольная пыль отделяется в циклонах, причем из внешнего циклона пыль

возвращается в газогенератор. Газ не содержит жидких продуктов, что

облегчает его очистку [6].

Вследствие высокой температуры процесса для газификации могут быть

использованы угли любого типа включая спекающиеся, а полученный газ беден

метаном и не содержит конденсирующиеся углеводородов, что облегчает его

последующую очистку. К недостаткам процесса можно отнести низкое давление,

повышенный расход кислорода, необходимость тонкого размола топлива [5].

Первый промышленный газогенератор этого типа производительностью 4

тыс. м3 в час синтез газа, был создан в 1954 году. По методу Коппер-Тотцека

в мире работают 16 заводов (Япония, Греция и другие). Газогенератор Коппер-

Тотцека с двумя форсунками имеет диаметр 3-3,5 м; длину 7,5 м и объём 28 м3

в час [6].

Известны неудачные попытки осуществить прямоточную факельную

газификацию в условиях сухого золоудаления. В настоящее время газификацию

угольной пыли проводят с жидким шлакоудалением. Для этой цели получили

распространение газогенераторы вертикального типа, близкие по

конструктивному оформлению к котельным агрегатам с пылеугольным сжиганием

(Бабкок-Вилькокс) и газогенераторы с горизонтальной камерой газификации

(Копперс-Тотцек).

Большие работы по созданию газогенераторов для газификации

пылевидных топлив под высоким давлением с жидким шлакоудолением проводит

американская фирма “Тексако”, которая является первопроходцем в применении

для газификации водо-угольных суспензий. В газогенератор подают водную

суспензию угля с концентрацией до 70% (мас.), что упрощает решение многих

технических вопросов и позволяет автоматизировать процесс [5]. В 1984 году

японской фирмой “Убе Индастриз” пущен крупнейший в мире газогенератор

Тексако мощностью по углю 1500 тонн в сутки, вырабатывающий газ для

синтеза аммиака [7]. На заводе Aioi (Япония) в 1987 году была сооружена

пилотная установка производительностью 6 т. в сутки угля для газификации

водо-угольных су суспензии по процессу Тексако, как наиболее

прогрессивному. По проектным данным процесс осуществляется под давлением

1,96-2,94 МПа при температуре 1400 0С с получением смеси газов из оксида

углерода, диоксида углерода и водорода, до 1991 года проводились научно-

исследовательские работы совместно с “Tokyo Electric Power Co” и было

переработано 533 тонны угля. Степень конверсии углерода достигала 100%. В

синтез-газе содержалось до 52,3% оксида углерода, 33,2% водорода, 12,7%

диоксида углерода. На воздушном дутье при подогреве суспензии до 150 0С

степень конверсии достигала 72% [8].

Недостатком этого способа подачи угля является значительный расход

тепла на испарение воды в газогенераторе, но уголь не требует

предварительной сушки и исключается подача пара в газогенератор . Процесс

Тексако характеризуется также повышенным удельным расходом кислорода 400-

450 м3 на 1000 м3 синтез-газа. Соотношение уголь : вода в суспензии

колеблется в разных пределах от 70:30 до 45:55. Водо-угольные суспензии

используются также для газификации под давлением 10 МПа в газогенераторе

Би-2эс. Кроме того, при эксплуатации оборудования газогенераторных

станций, на которых используются водо-угольные суспензии, выявлены

трудности по предотвращению коррозии циркуляционных насосов и инжекционных

клапанов. Однако эти недостатки не уменьшают значимости, так как процесс

высокоэффективен [9].

Производство газа из твердых горючих ископаемых может осуществляться

на основе двух технологических приёмов: в газогенераторах наземного типа и

под землёй (подземная газификация угля).

Подземную газификацию углей как метод физико-химического превращения

угля в горючий газ непосредственно на месте залегания угольных пластов

впервые начали реализовывать в бывшем Советском Союзе в 1933 году. В начале

60-х годов эксплуатировали пять опытно-промышленных станций “Подземгаз”, в

том числе в Украине на каменных углях- Лисичанскую в Донбассе.

Основные стадии процесса подземной газификации углей- бурение с

поверхности земли на угольный пласт скважин, соединение этих скважин

каналами по угольному пласту, и наконец, нагнетание в одни скважины

воздушного или кислородного дутья и извлечение из других скважин

образовавшегося газа. Газообразование в канале происходит за счет

химического взаимодействия свободного и связанного кислорода с углеродом и

термического разложения угля.

Недостатки традиционной технологии подземной газификации угля-

низкая теплота сгорания получаемого газа, за счет осуществления процесса на

воздушном дутье, недостаточная стабильность и управляемость процесса,

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5