Преимущества и недостатки ПГУ с внутрицикловой газификацией угля
Парогазовая установка с внутрицикловой газификацией — технология ПГУ использующая газогенератор для превращения угля и других видов топлива в газ — синтез-газ. С последующей очисткой этого газа от примесей перед сжиганием и с дальнейшей превращением таких загрязнителей как сера в полезную продукцию. В результате этого уменьшаются выброс диоксида серы, сажи и др. Тепло от первичного сжигания и тепло отработавших газов используются, аналогично ПГУ, для получения пара используемого паровой турбиной. Это позволяет добиться высокого КПД для станции работающей на твёрдом топливе, аналогичного КПД парогазовой установки ~45-55 %, а при когенерации и более 90 %.
Весь процесс состоит из четырёх отдельных подпроцессов:
- разделение кислорода и азота из воздуха
- газификация топлива(например угля или биомассы) (с воздухом или кислородом при мощности свыше 100 МВт)
- очистка синтез-газа
- сгорание синтез-газа в газовой турбине
Использование газообразных топлив с теплотой сгорания ниже, чем у природного газа, существенно повлияет на показатели эксплуатации ГТУ. Снижение Qiг потребует увеличения расхода топлива, а добавление этой массы, не подлежащей сжатию в компрессоре, увеличит внутреннюю мощность ГТ и электрическую нагрузку установки. В этом случае необходимо учитывать следующие обстоятельства:
увеличение массового расхода газов в ГТ ГТУ приводит к увеличению степени повышения давления воздуха в компрессоре, что может вызвать явление помпажа;
|
|
|
повышение внутренней мощности ГТ может привести к превышению предельных крутящих моментов и в ряде случаев к необходимости использовать более мощный генератор ГТУ;
со снижением теплоты сгорания топлива возрастает потребность в воздухе для его сжигания. В ГТУ с высокой начальной температурой газов может оказаться невозможным сжигать топливный (синтетический) газ с очень низкой Qiг.
Продукты сгорания синтетического газа в ГТУ практически не содержат золы, соединений серы и оксидов азота, что обеспечивается оптимизацией процессов сжигания в КС ГТУ
Примерно 7 % вырабатываемой на ПГУ электроэнергии расходуется дополнительно на системы газификации, очистки синтетического газа и др. Это снижает их экономичность по сравнению с ПГУ на природном газе
Низкая теплота сгорания синтетического газа заставляет разработчиков ГТ увеличивать его расход, совершенствовать систему распределения топлива.
ПГУ с впрыском пара и воды в газовый тракт ГТУ
В отработавших газах газотурбинных установок содержатся токсичные соединения, основными из которых являются оксид углерода CО, углеводороды СхHy, оксиды азота NOx. Впрыск пара в зону горения или в газовый тракт позволяет снизить содержание наиболее вредных компонентов отработавших газов — окислов азота.
|
|
|
На основании проведенных исследований было установлено, что газотурбинные установки с впрыском пара и утилизационным теплообменником обладают повышенной эффективностью в сравнении с традиционными ГТУ, которая заключается в следующем [3]:
- увеличении удельной мощности на 70–90% относительных;
- повышении эффективного КПД и снижении удельного расхода топлива на 50–67% относительных;
- получении дополнительной тепловой мощности в утилизационном водогрейном котле конденсационного типа и увеличении коэффициента использования тепла топлива до 90% и более.
Наряду с энергосбережением улучшаются экологические показатели контактных когенерационных ГТУ [4]. Применение данных технологий позволяет при современном технологическом и техническом уровне радикально сократить загрязнение атмосферы, в частности парниковыми газами.
Таким образом, при прочих равных условиях уровень эмиссии увеличивается при повышении температуры в зоне горения, увеличении времени протекания процесса горения и увеличении концентрации кислорода и азота. Поэтому одним из наиболее эффективных мероприятий является ввод в зону горения инертных веществ.
|
|
|
Особенностью контактных когенерационных ГТУ является то, что чем больше доля сконденсированного пара, тем меньше выбросы остаточного количества пара в атмосферу. Таким образом, решается экологическая проблема выброса влажного воздуха в рабочей зоне комбинированной контактной ГТУ когенерационного типа.
Ввод пара в проточную часть увеличивает расход и теплоемкость рабочего тела в турбине, а следовательно, и ее работу. Поскольку затраты энергии на прокачку пароводяного рабочего тела малы, мощность установки возрастает на величину. Удельная стоимость вырабатываемой электроэнергии с утилизацией тепла в контактных ГТУ определяется разностью себестоимости вырабатываемой электроэнергии и экономии за счет утилизации тепла.
В ГТУ с впрыском пара снижение затрат на топливо вследствие роста КПД сопровождается увеличением эксплуатационных расходов в цикле обработанной воды
///
В парогазовых установках с впрыском пара (ПГУ ВП) в воздушный или газовый тракт энергетической газотурбинной установки (ГТУ) подаются продукты сгорания топлива и водяной пар, которые в виде парогазовой смеси расширяются в газовой турбине. В ГТУ со впрыском пара увеличение удельной полезной работы установки кроме обычного повышения температуры газа и оптимизации степени сжатия в цикле обеспечивается сокращением затрат работы на сжатие в компрессоре. Это сокращение можно осуществить либо охлаждением воздуха в тракте компрессора за счет впрыска воды, либо вводом в расширительную часть тракта ГТУ дополнительного рабочего тела — воды или водяного пара. Такое техническое решение превращает энергетическую ГТУ в ПГУ ВП, в которой дополнительное пароводяное рабочее тело сжимается в жидкой фазе при относительно малой работе сжатия, что повышает экономичность установки. Существует несколько вариантов тепловых схем ПГУ ВП. Они могут быть выполнены как с отводом отработанной парогазовой смеси в атмосферу и потерей водяного пара (открытая схема), так и с конденсацией водяных паров в контактном конденсаторе или конденсаторе другого типа с возвратом рабочего тела в цикл.
|
|
|
Парогазовые установки с впрыском пара открытой схемы обычно являются установками, вырабатывающими только электроэнергию. В ПГУ ВП с конденсацией и возвратом в цикл всего количества водяных паров приходится существенно снижать температуру выхлопных газов для конденсации из них воды. Для этого используются газовые сетевые подогреватели (ГСП) или другие технические решения, а в установке возникает необходимость отпуска тепла внешним потребителям. Таким образом, ПГУ ВП становятся теплофикационными установками.
Тепловая схема ПГУ ВП с отводом парогазовой смеси в атмосферу (открытая схема) приведена на рис. 63. На рис. 64 изображен идеализированный газовый и паровой циклы, а также дополнительно приведен совмещенный термодинамический цикл работы парогазовой смеси в газовой турбине. Основными элементами схем являются энергетическая ГТУ и котел-утилизатор, в котором из химически очищенной питательной воды генерируется перегретый пар, вводимый затем в камеру сгорания ГТУ. Воздух и пар нагреваются сжигаемым топливом до начальной температуры газов T3 = Тf = Tсм (Тf — температура перегретого пара перед ГТУ; индекс «см» означает, что параметр относится к парогазовой смеси).
Рис. 63. Тепловая схема ПГУ ВП открытого типа:
ГТ - газовая турбина;
КС – камера сгорания ГТУ;
ЭГ – электрогенератор;
ОК – осевой компрессор;
КУ – котел-утилизатор;
ПЕ – перегреватель;
И – испаритель;
ЭК – экономайзер;
Н – насос;
ХВО – химическая водоочистка
Выхлопные газы ГТ охлаждаются на поверхностях нагрева кота-утилизатора от температуры Т4см до Т5сми направляются в дымовую трубу. Утилизация теплоты этих газов ограничивается минимальным значением температуры Т5см (рис. 61). Ее влияние на характеристики системы проявляется двояко: во-первых, в образовании при низких температурах конденсата, вызывающего коррозию, и, во-вторых, в появлении выхлопной струи газов повышенной температуры, порождающей более позднюю конденсацию влаги, когда выходящие из трубы газы смешиваются с более холодным наружным воздухом. По этой причине обычно принимают Т5= 125-135 °С.
Для повышения температуры перегретого пара Тедо начальной температуры газов приходится увеличивать количество сжигаемого в камере сгорания ГТУ топлива, однако в дальнейшем это компенсируется ростом мощности газовой турбины в тепловой схеме ПГУ ВП, так как присутствие перегретого пара в потоке газов увеличивает теплоемкость среды при том же перепаде температур.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 805; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!