Разработка энергетической технологии газификации твердого топлива (10.10.2011)

Автор: Сучков Сергей Иванович

Впервые в отечественных исследованиях дана количественная оценка выбросам оксидов азота при сжигании генераторного газа после сухой его очистки и проработано многократное сокращение этих выбросов.

проработаны и апробированы для слоевых газогенераторов две технологии производства гранул и брикетов из мелкозернистого топлива, в том числе при использовании в качестве связующего газогенераторной смолы.

Впервые в отечественных исследованиях осуществлено изучение коррозионной стойкости широкого набора отечественных сталей и сплавов в среде генераторного газа и разработана методика расчета скорости коррозии низколегированных сталей в газогенераторных установках.

Предложенная технология газификации, газоочистки и сжигания синтез-газа внутри цикла ПГУ апробирована на комплексной опытной установке при использовании углей с широким диапазоном изменения степени метаморфизма, а также горючих отходов. С применением данной технологии разработано несколько проектов ПГУ и ГТУ-ТЭЦ мощностью 6 ? 250 МВт, при этом расчетные показатели крупных ПГУ не уступают действующим западным аналогам при очевидном существенном снижении удельной стоимости.

Достоверность

Диссертация обобщает комплекс работ, выполненных во Всероссийском теплотехническом научно-исследовательском институте, который обладает системой контроля, приборным и методическим обеспечением и опытом исследований по всем аспектам рассматриваемой диссертационной работы. Достоверность обеспечивается также экспериментальным характером рассматриваемой работы, в которой подавляющая часть результатов получена или обоснована опытным путем. Кроме того значительная часть этой работы выполнена в рамках государственных контрактов с Роснаукой при жестком контроле качества НИОКР государственным заказчиком.

На защиту выносится:

Комплексная экспериментальная разработка технологии внутрицикловой газификации твердого топлива с горновым газогенератором и высокотемпературной газоочисткой для ПГУ, характеризующейся сравнительной простотой, высокими экономическими и экологическими показателями и умеренной стоимостью оборудования.

Реализация результатов работы

Результаты работы использованы:

- в первом отечественном рабочем проекте опытно-промышленной ПГУ мощностью 250 МВт с внутрицикловой газификацией угля для Кировской ТЭЦ-5 (головные разработчики НПО ЦКТИ и ВНИПИЭнергопром);

- в разработке технических предложений по созданию теплофикационной ПГУ мощностью 200 МВт на агломерируемом антрацитовом штыбе (ВТИ и СКБ ВТИ);

- в предпроектной разработке опытно-промышленной ПГУ мощностью 250 МВт на канско-ачинском (березовском) угле (ВТИ);

- в проектной и конструкторской разработке ГТУ - ТЭЦ мощностью 6 МВт с газификацией угля для обеспечения электроэнергией и теплом отдаленных и изолированных районов страны, а так же для замены городских котельных;

- в проектной и конструкторской разработке опытно-промышленной ПГУ с газификацией угля, газотурбинной установкой 16 МВт и котлом - утилизатором в качестве надстройки к оборудованию действующей ТЭЦ (ВТИ, РЭК, ТГК-5, «Авиадвигатель»);

- при создании и испытаниях экспериментальной комплексной газификационной установки с системами подготовки топлива, пыле- и сероочистки генераторного газа и его сжигания с применением различных мер подавления NOx.

Апробация работы

Основные результаты работы доложены на конференциях, семинарах и заседаниях советов авторитетных научных организаций, в том числе:

- на пятой научно- практической конференции с международным участием «Минеральная часть топлива, шлакование, очистка котлов, улавливание и использование золы (Челябинск, 2011г.)

- на III ежегодной конференции с международным участием «Топливо и экология – 2010» (Москва, 2010 г.)

- на международной научно-технической конференции «Технологии эффективного и экологически чистого использования угля». (Москва, 2009 г.)

- на VII Всероссийской конференции с международным участием «Горение твердого топлива». (Новосибирск, 2009 г.)

- на конференции ОИВТ РАН с международным участием «результаты фундаментальных исследований в области энергетики и их практическое значение». (Москва, 2008 г.)

- на международной конференции «экологически чистые угольные технологии для технического перевооружения российских тепловых электростанций» (Москва, 2006 г.);

- на международной конференции: «Эффективное оборудование и новые технологии – в российскую энергетику» (Москва, 2001 г.);

- на научном совете РАН по комплексной проблеме «Теплофизика и теплоэнергетика» (Москва, 2001 и 2004 гг.);

- на всероссийском научно-техническом семинаре «Новые технологии сжигания твердого топлива: их текущее состояние и использование в будущем» (Москва, 2001 г.);

- на второй всероссийской школе-семинаре молодых ученых и специалистов «Энергосбережение – теория и практика» (Москва, 2004 г.);

- на VII конференции по химии и технологии твердого топлива России и стран СНГ (Звенигород, 1996 г.)

Публикации

По материалам диссертации выпущено 37 печатных работ, в том числе: 11? в периодических журналах, рекомендованных ВАК, 7?в сборниках докладов международных и всероссийских конференций, 19 ? в других рецензируемых научно-технических изданиях; кроме того получено 9 патентов на изобретения и полезные модели и РФ и 1 авторское свидетельство СССР.

Личный вклад автора

Автор осуществил выбор направления и постановку задач исследований, руководил большинством рассмотренных в диссертации научно-исследовательских и расчетно-аналитических работ, непосредственно участвовал в их проведении, а также выполнял научное сопровождение представленных конструкторских и проектных разработок.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, одиннадцати глав, заключения, списка литературы и приложения; изложена на 177 страницах машинописного текста, содержит 65 рисунков, 12 таблиц, 114 наименований библиографических ссылок.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается общая характеристика созданию парогазовых установок с внутрицикловой газификацией угля в мировой энергетике и обосновывается целесообразность разработки новых более простых и надежных технологий внутрицикловой газификации угля для обеспечения несомненной коммерческой выгоды от распространения данного нового способа энергетического производства. Приводятся общие сведения по диссертационной работе.

В 1-ой главе диссертации обосновывается выбор метода газификации и направлений исследовательских работ.

В литературе описано более шестидесяти методов газификации твердого топлива. Внедрено и нашло развитие ограниченное их количество. До настоящего времени широко применяются благодаря отлаженной и надежной конструкции газогенераторы с плотным слоем топлива и твердым шлакоудалением фирмы Лурги или их аналоги, работающие, как правило, на парокислородном дутье под давлением 2 ? 3 МПа (модификация «Рур100» ? до 10 МПа). В них реализуется рациональная противоточная организация газообразования за счет выгорания коксового остатка в голове процесса, последующих восстановительных реакций и термического, облагораживающего формирующийся газ разложения топлива без израсходованного ранее кислорода. Имеются, однако, серьезные недостатки: низкая удельная нагрузка реактора (до ~10МВт/м2 по потенциальной энергии газифицируемого топлива) из-за низких температур реагирования, наличие смол в генераторном газе, необходимость расходования большого количества пара на газификацию (содержание Н2О в парокислородном дутье ~80% об.) при низкой степени его разложения (около 30%), повышенная балластировка генераторного газа не только водяным паром, но и диоксидом углерода (СО2 = 27-35% на сухой газ).

В газогенераторах плотного слоя BGL, созданных Британской газовой корпорацией совместно с фирмой Лурги, большинство указанных недостатков удалось преодолеть за счет повышения температуры в ядре горения до ~ 2270 К и организации вывода шлака из реактора в жидком виде с применением, как в доменных печах фурменного дутья. Шлак вытекает из узкой круглой и защищенной водяным охлаждением летки, через которую организован проток в реактор высокотемпературных продуктов сжигания газа в специальных кислородных горелках, размещенных под подом реакционной камеры. Газификация осуществляется на парокислородном дутье, содержание пара в котором сокращено до ~ 40% об. Форсировка реактора при этом поднялась выше 30 МВт/м2, степень разложения водяного пара увеличилась до 90%, концентрации СО2 в генераторном газе снизилась до ~3%., а теплота его сгорания является наиболее высокой среди известных автотермических газификаторов. Большим преимуществом является низкая температура за реактором (725 – 825 К), обеспечиваемая за счет активного поглощения теплоты сгорания кокса в эндотермических восстановительных реакциях. Однако, для обеспечения надежного истечения шлака и предотвращения минерального спекания шихты зольность топлива ограничена 25%. Хорошо освоена работа этого газогенератора в блоке с газовой турбиной.


загрузка...