А.В. Андрюшин , Α.Α. Мадоян , С.В.Мезин
Столичный энергетический институт (технический институт) (1)
Южно-Российский муниципальный технический институт, Новочеркасск (2)

Инструкция

В статье дано короткое описание установки, основой которой является газификация твердого горючего в шлаковом расплаве. Установка обеспечивает многоцелевое безотходное экологически незапятнанное внедрение угля.

Структура употребления энергоресурсов в течение 15-20 лет навряд ли поменяется, даже невзирая на ускоренное развитие других видов и источников энергии.

Реально существующая обстановка в мировой практике с учетом роста цены газа до уровня европейских цен является устойчивой экономической предпосылкой роста использования угля для производства электроэнергии в наиблежайшей, средней и дальной перспективе.

Разработка газификации угля имеет стратегическое значение для Рф, так как наша страна располагает более 20 % глобальных припасов угля. По сей день в Рф пока не сотворено ни одной промышленной энергетической установки с газификацией угля полного цикла.

Используемые по сей день в мировой практике обычные технологии сжигания твердого горючего, включая технологии с кипящим, циркулирующим и другими методами сжигания угля приводят к скоплению миллионов тонн выбросов в виде породы, шлама, золы и шлака. После добычи угля в шахте и подачи на поверхность (гора) часть его «негорючей» (минеральной) массы складируется в терриконах (до 30 %), а остальной уголь направляется на обогатительные фабрики и только после обогащения и удаления шлама (15 %) попадает на электрическую станцию, что составляет около 50 % по массе добытого на шахте первичного продукта. В процессе сжигания на золошлакоотвалах электрических станций захороняется еще около 20 % минеральной части твердого горючего.

Все имеющиеся угольные технологии сжигания твердого горючего основаны на принципе одноцелевого использования угля. Их недочетами являются:

— потребность в подготовительном обогащении углей;

— установка дорогостоящих и массивных систем топливо- и пылеприготовления и пылеподачи;

— организация системы золошлакоудаления и строительства золошлакоотвалов, мест захоронения миллионов тонн жестких, илистых и водянистых отходов;

— строительство дорогостоящих систем чистки уходящих газов от пыли, оксидов серы и азота.

Основной задачей вновь разрабатываемых инноваторских технологий, в том числе и в энергетике, являются кардинальное изменение в подходе к использованию природных ресурсов и сведение до минимума отрицательного воздействия производства на окружающую среду.

Концепция развития угольной электроэнергетики должен заключаться в обеспечении всеохватывающего использования твердого горючего, включая не только лишь органическую, да и всю минеральную часть.

На наш взор, в текущее время одним из более многообещающих вариантов технологии газификации угля является инноваторская многоцелевая, безотходная, энергосберегающая и экологически незапятнанная разработка газификации твердого горючего хоть какого свойства в барботируемом парокислородным дутьем шлаковом расплаве.

Способ газификации угля в шлаковом расплаве основан на использовании частей обширно используемого в металлургии для производства цветных металлов и чугуна процесса плавки в водянистой ванне на барботажных агрегатах. При использовании технологии газификации в шлаковом расплаве на барботажных агрегатах металлургического профиля режим газификации угля является режимом холостого хода.

На Несветай ГРЭС в Ростовской области на рубеже 1000-летий были начаты работы по созданию установки с газификацией угля в шлаковом расплаве. Проект разрабатывался вместе НИИЭПЭ, НПО «Алгон», МИСИС, Гинцветмет, Стальпроект, ОАО ТКЗ «Красный котельщик» и др. К огорчению, из-за денежных заморочек работы по созданию этой установки были прекращены.

Основной отличительной особенностью многоцелевого использования угля в установках с шлаковым расплавом является подача всего без исключения добытого на шахте рядового твердого горючего на электрическую станцию. При всем этом электрическая станция становится всеохватывающим предприятием, удовлетворяющим потребности различных потребителей: не считая электроэнергии, тепла и пара покрываются потребности в строительной продукции (строй блоки, шлакоситалл, щебень и др.), полиметаллическом сырье, азоте и аргоне. Происходит одновременное совмещение таких технологических и трудозатратных процессов, как обогащение и шихтование угля, его дробление, чистка газов от пыли и оксидов азота и серы технологическим методом и переработка жестких отходов в полезную товарную продукцию.

Сущность технологии заключается в организации процесса газификации угля в объеме собственного водянистого шлака, который барботируется обогащенным кислородом дутьем. Процесс реализуется в специальной камере-газификаторе, являющейся составной частью энергетического котла-утилизатора. Уголь в расплав попадает без какой-нибудь подготовительной подготовки. При помощи фурм-горелок слой шлака продувается обогащенным дутьем, по этому он поддерживается в состоянии газошлаковой эмульсии. В целях связывания серы и обеспечения определенных вязкостных черт расплава к углю добавляется известняк. Тепловое дробление горючего и окислителя, также обогащение горючего, заключающееся в выделении незапятнанного свободного углерода на поверхности расплава, осуществляется в процессе газификации в турбулентно перемешивающейся эмульсии горючего, «растворителя», роль которого играет известняк, дутья и шлака. При всем этом водянистый шлак является теплоносителем. Технологически кислородосодержащее дутье вводится под лишним давлением в расплав шлака, энергично перемешивает его, в итоге чего создается газонасыщенный слой гетерогенного расплава. Содержание нерасплавленного угля в зоне подачи наибольшее. В процессе плавления его содержание миниатюризируется и в конечной зоне добивается нуля. Общая высочайшая энергоемкость процесса газификации угля в шлаковом расплаве обуславливается большенными температурными градиентами в рабочем объеме камеры. Газожидкостная шлаковая смесь обеспечивает безупречные условия тепломассообмена и контакта всех компонент расплава, в том числе части углерода с окислителем. Выделенный в незапятанной форме и неокислившийся углерод в связи с низким удельным весом всплывает и концентрируется на поверхности расплава, где и осуществляется следующая его газификация. Выходящий генераторный газ дожигается в топке размещенного над камерой-газификатором котла.

При барботировании расплава кислородосодер-жащим дутьем в камере-газификаторе шлак претерпевает сложные физико-химические перевоплощения с восстановлением металлов и скоплением их в донной части камеры. Этот так именуемый тяжкий шлак представляет собой чугун либо полиметалло-концентрат, что делает действенной последующую переработку данного ценного сырья на предприятиях темной и цветной металлургии. Тяжкий шлак соединяется из камеры-газификатора временами в изложницы разливочной машины, где охлаждается, потом направляется в виде отдельных чушек на склад готовой продукции. Легкий шлак, состоящий из оксидов кремния, кальция, алюминия, магния, натрия и калия, соединяется из высшей части ванны камеры-газификатора и поступает на установки переработки его в товарную продукцию.

Технологическая схема газификации угля в шлаковом расплаве состоит из последующих структурных частей: топливоподачи; котла-утилизатора с камерой-газификатором; воздухоразделительной (кислородной) станции; системы подготовки и подачи дутья; системы подготовки воды и переработки водянистых стоков; системы остывания газификатора и подачи газа на его запуск; устройств подготовки и переработки «легкого» шлака в промышленную продукцию (шлакоситалл, шлакощебень, строй блоки и др.); устройство приема и брикетирования полиметаллических отходов с содержанием 90-95 % железа. Благодаря наличию кислородного дутья и поддержанию восстановительной среды в зоне газификации угля при умеренном уровне температур в зоне дожигания генераторного газа выход оксидов азота не превосходит 50-150 мг/нм . Разработка газификации твердого горючего позволяет за счет конфигурации количества подаваемого известняка регулировать переход сернистых соединений в водянистую фазу (шлаки). При всем этом концентрация оксидов серы в уходящих газах не превосходит 300-400 мг/нм3. Основной ступенью чистки дымовых газов от золы является шлаковый расплав, в каком улавливается около 98-99,5 % минеральной части горючего. Концентрация летучей золы в уходящих газах не превосходит 30 мг/нм3.

Таким макаром, разработка газификации угля в барботируемом парокислородным дутьем шлаковом расплаве имеет ряд принципиальных преимуществ:

• возможность использования всех низкосортных и непроектных углей независимо от их марки и свойства;

• реализация предельной концентрации технологического процесса в критериях безупречного смешивания водянистых, жестких и газообразных компонент;

• безотходность по золошлакам, которая обеспечивается переводом фактически всей минеральной части горючего в расплав и возможностью корректировки его состава в целях вторичной переработки;

• восстановление и вывод из расплава темных и цветных металлов;

• высочайшая экологическая чистота, в особенности по жестким выбросам и оксидам азота;

• возможность регулирования за счет конфигурации количества подаваемого в расплав известняка перехода сернистых соединений в газообразную (дымовые газы) либо водянистую (шлаки) фазу и связывания шлаком до 90 % серы горючего;

• отсутствие массивных систем топливоприготовления, пылеподачи и золоочистки; отсутствие золоотвала;

• широкая реализация дефицитных попутных газов кислородной станции (азота, аргона) для нужд компаний региона;

• высочайшая финансовая эффективность, в том числе за счет предстоящего расширения ассортимента реализуемой продукции из минеральной части горючего.

Эффективность вкладывательных проектов энергоустановок с газификацией угля в шлаковом расплаве может быть резко повышена при использовании получаемого генераторного газа в циклах парогазовых установок (ПГУ).

Большая эффективность энергоустановок с этой технологией достигается при организации встроенных комбинированных производств многоцелевого использования твердого горючего и переработке шлака в такие виды продукции, в каких его высочайшие потребительские свойства употребляются с наибольшей эффективностью.

Освоение и применение данной технологии в электроэнергетике позволяет выполнить всеохватывающее безотходное внедрение всей органической и минеральной массы угля как ценного природного сырья для производства не только лишь энергетической, да и других, пользующихся широким спросом, видов товарной продукции и тем существенно повысить эффективность использования угля в целом.

Перечень ЛИТЕРАТУРЫ

1. Андрюшин А.В., Мадоян А.А. Перевод угольной энергетики на новейшую модель технологической инновации с обеспечением полной безотходности и ресурсосбережения. Теория и практика построения и функционирования АСУ ТП // Труды Международ, научн. конф. «CONTROL 2008». 2008. С. 132-134.

2. Мадоян А.А., Балтян В.Н. Энергетическая опытно-промышленная установка (ОПУ) с безотходной экологически незапятанной технологией сжигания угля в шлаковом расплаве как новое направление действенного многоцелевого использования низкосортных жестких топлив // ТЭК. 2002. № 4. С. 52-54.

скачать архив.zip(10 кБт)
Обсудить на форуме
Другие Статьи