Энергетическая эффективность термохимическом конверсии топлив в парогазовых установках

Введение. Основным видом твердого топлива для энергетики являются забалластированные золой, влагой и кислородом ископаемые и возобновляемые низкосортные ТЭР с тенденцией ухудшения качества на долгосрочную перспективу при увеличении объемов его переработки и повышении экологических требований. Это ограничивает конкурентные преимущества традиционного направления, основанного на технологии прямого сжигания, и требует пристального внимания к развитию новых технологий, в том числе твердотопливных ПГУ (ПГУ-Т) с внутрицикловой газификацией.

В связи с необходимостью выбора и промышленного освоения новых для российской энергетики угольных и биотопливных парогазовых технологий проведены расчетно-экспериментальные исследования тепловой эффективности конверсии низкосортных топливно-энергетических ресурсов (торф, древесина, бурый уголь и др.) в кондиционный топливный газ и произведена оценка энергетической эффективности их использования.

Тепловые режимы внутрицикловой газификации. В зависимости от технического состава органические топлива могут быть подразделены на две группы: «А» — топлива, газифицируемые в идеальном процессе до СО и Н2 за счет собственных энергетических ресурсов, и топлива группы «Б», идеальная газификация которых требует подвода энергии извне. Варианты с «подсветкой» бедного топлива богатым относятся к первой группе. Ширина зон «А» и «Б» зависит от конечной температуры процесса. Область рабочих температурных режимов выделена в них как А1 и Б1. Границы определяются термодинамическими и технологическими ограничениями.

Ниже зон и Бх расположены А0 и Б0, не используемые в практической деятельности ввиду высокого уровня конечных температур процесса и низкой эффективности. Выше зон Ах и Бх скорость реакции ничтожна. Туда можно подняться лишь за счет подвода дополнительной энергии. Для попадания в зоны А2 и Б2 теоретически достаточно осуществить «ближнюю» регенерацию физической теплоты выходящих из реакционной зоны или реактора газообразных и твердых (КЗО) продуктов конверсии, что увеличивает эффективность использования топлива. При этом благодаря замещению экзотермических эффектов на вводимую тепловую энергию и соответствующему уменьшению кислородно-воздушного дутья, синтез-газ обогащается водородом.

Наиболее ощутим эффект от «ближней» регенерации при воздушной ТХК низкосортных то- плив, где ее применяют для улучшения состава газа и «подтягивания» фактической ТХК по эффективности к идеальной. Больший эффект для приближения к зонам А3 и Б3 получают в энергоустановке с интегрированной внутрицикловой газификацией путем «дальней» регенерации тепловой энергии отходящих газов за тепловым двигателем.

Для попадания в зоны А3 и Б3 и преодоления барьера =1 потенциала располагаемой энергоустановкой теплоты недостаточно, и для некаталитических процессов приближение к верхнему пределу за счет регенерации малореалистично. В качестве внешнего источника теплоты предлагают использовать источники высоких энергий (СВЧ, низкотемпературная плазма), высокотемпературные газоохлаждаемые ядерные реакторы.

Влияние начальной температуры топливной смеси на эффективность ТХК. В инженерной практике для нужд ТХК разработано три уровня подогрева перед сжиганием и газификацией:

• низкотемпературный (< 500 °С), поддерживающий процессы пиролиза или воспламенения топливной смеси;
• среднетемпературный (~ 600-1000 °С), поддерживающий пиролиз и горение несте- хиометрических смесей;
• высокотемпературный (> 1000 °С), поддерживающий реакции газификации.

Первые два температурных уровня могут быть обеспечены помимо сжигания части топлива, за счет регенерации физической теплоты отходящих продуктов (синтез-газ, КЗО, дымовые газы). Для третьего уровня, создаваемого локально («по месту»), используют принцип «внутреннего» сжигания.

Проведение пиролиза в безокислительной, либо слабоокислительной среде повышает эффективность ТХК низкосортных топлив на ~ 5-10 %, поднимая ее до уровня кондиционных топлив. Процесс конверсии второго уровня может выступать как самостоятельный, например, в технологии ПГУ-Т с карбонизатором, российский вариант которого приведен в.

При высокотемпературном нагреве горючей смеси помимо проблем изотермического и струйно-факельного сжигания, возникают и специфические, связанные с эндотермической компонентой процесса газификации и приводящие к проблеме выбора траектории перехода из «первоначального» состояния.

Оценка энергетической эффективности «дальней» регенерации. При явно положительном воздействии на химический КПД ТХК общий эффект от регенерации находится в зависимости от структуры оборудования энергоустановки. Существенный эффект от регенерации может быть достигнут для газотурбинных или газопоршневых когенераци- онных установок. С развитием бинарности и, соответственно, с уменьшением КПГУ эффект отбора теплоты за газовым тепловым двигателем уменьшается тем быстрее, чем выше КПД этого двигателя, и чем выше химический КПД газификатора но в практической области < 0.7 может составлять до 10 % от КПД установки без регенерации.

Заключение. Рассмотрены тепловые режимы ТХК натуральных топлив в диапазоне от 0 до 1. Определены возможности повышения эффективности ТХК за счет регенерации тепла продуктов конверсии (синтез-газа, коксового остатка) и тепла отходящих газов теплового двигателя. Произведена оценка положительного воздействия регенерации тепла отходящих газов на эффективность ПГУ-Т.

Дата публикации: 11.12.2011

Похожие записи:

• Энергоэффективное использование угля на основе концепции «термококс»
• Экологический потенциал тэс, сжигающих канско-ачинские бурые угли
• Энергоэффективное и экологически безопасное использование канско-ачинских углей в теплоэнергетике
• Комплексный экономико-экологический анализ применяемых технологий охлаждения тэс
• Винтовые компрессоры с переменным рабочим объемом
• Заказывайте качественное современное ТВЧ оборудование в «Завод преобразователей ТВЧ»