Комплексные технико-экономические исследования ПГУ с поточными газификаторами

• Автор: Кузьмин, Антон Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.14.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 152 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ПРЕДПОСЫЛКИ ПРИМЕНЕНИЯ ПГУ ТЭЦ С ПОТОЧНЫМИ ГАЗИФИКАТОРАМИ ПРИ КОМБИНИРОВАННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ ЭЛЕКТРО-, ТЕПЛОЭНЕРГИИ, СИНТЕЗ-ГАЗА И ВОДОРОДА
1.1 Актуальность применения газификации угля в составе ПГУ
1.2 Технологические схемы ПГУ ТЭЦ с поточными газификаторами угля и
комбинированным производством электро-, теплоэнергии, синтез-газа и водорода
1.3 Технологическая готовность ПГУ ТЭЦ с поточными газификаторами угля и
комбинированным производством электро-, теплоэнергии, синтез-газа и водорода
1.3.1 Парогазовые энергоблоки ТЭЦ
1.3.2 Поточные газификаторы в составе ПГУ
1.4 Выводы и задачи исследования
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Определяющие принципы выбора сравниваемых вариант
2.2 Методика технико-экономического анализа
2.2.1 Система балансовых уравнений
2.2.2 Обоснование критерия эффективности
2.2.3 Определение капиталовложений и затрат
2.3. Методика расчета поточных газификаторов угля
2.3.1 Трубчатый аллотермический газификатор с кольцевой топкой
2.3.2 Газификатор кипящего слоя (с процессом Винклера)
2.3.3 Кольцевой газификатор водоуголыюго топлива (с процессом Тексако)
2.4. Методика многовариантных технико-экономических исследований. Ограничения на применяемые методики расчетов
2.5. Расчет инвестиционной привлекательности варианта энергоблока
2.6 Выводы
ГЛАВА 3. ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ И КОНСТРУКТИВНО-КОМПОНОВОЧНЫХ РЕШЕНИЙ ПО ГАЗИФИКАТОРУ
3.1 Расчет трубчатого аллотермического газификатора угля
3.2 Расчет автотермического газификатора типа Тексако
3.3 Расчет газификатора кипящего слоя (типа Винклера)
3.4 Анализ конструктивно-компоновочных и расходно-термодинамических параметров
по поточным газификаторам
3.5 Выводы
ГЛАВА 4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ МНОГОВАРИАНТНЫХ ТЕХНИКОЭКОНОМИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ ЭНЕРГОБЛОКОВ ТЭЦ ПРИ КОМБИНИРОВАННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ ЭЛЕКТРО-, ТЕПЛОЭНЕРГИИ, СИНТЕЗ-ГАЗА И ВОДОРОДА
4.1 Технико-экономические показатели
4.2 Экономическая эффективность строительства ПГУ ТЭЦ с поточным
газификатором при комбинированном производстве электро-, теплоэнергии, синтез-газа и водорода
4.3 Выводы
5 ЗАКЛЮЧЕНИЕ
6 ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Одним из путей более широкого вовлечения в топливно-энергетический баланс угля для производства энергии наряду с традиционными факельным и слоевым сжиганием является газификация угля в поточных газификаторах с получением синтез-газа (с возможностью последующего получения на основе синтез-газа водорода и других химических продуктов) в составе парогазовых установок (ПТУ).
Введение в топливно-энергетический баланс угля обеспечивает энергобезопасность страны и надежность энергоснабжения потребителей благодаря возможности создания складских запасов (на год и более), с одной стороны, и - с другой, снижение себестоимости производимых комбинированным способом синтез-газа, водорода, электро- и теплоэнергии из дешевого (по сравнению с природным газом) топлива.
Согласно этому направлению в данной работе исследуются угольные ПГУ ТЭЦ с тремя типами поточных газификаторов (трубчатый аллотермиче-ский газификатор с кольцевой топкой, газификатор кипящего слоя (с процессом Винклера); кольцевой газификатор водоугольного топлива (с процессом Тексако), с комбинированным производством синтез-газа и водорода. Схемы рассматриваются в двух модификациях: с отпуском потребителю части синтез-газа и с отпуском водорода.
В первой главе обоснована актуальность проблемы. Изложено текущее состояние технологий газификации угля. Также рассмотрены технологии производства, хранения водорода; области его применения. Представлен обзор зарубежных технологий получения водорода на основе угля путем газификации и последующего выделения водорода. Показано, что в литературе не представлено анализа и исследований комбинированного производства синтез-газа, водорода, электро- и теплоэнергии на базе парогазовых энергоблоков ТЭЦ. Сформулированы цели и задачи исследования.

Во второй главе изложена методика исследования комбинированного производства электро-, теплоэнергии, синтез-газа и водорода в составе энергоблоков ТЭЦ. Изложены основные положения подхода к техникоэкономическому исследованию с учетом всех видов ограничений. При этом в качестве внутренних ограничений выступают начальные параметры энергоблока, режимные факторы технологических процессов, конструктивные особенности оборудования и т.п. Внешними ограничениями являются условия приведения расчетных вариантов к сопоставимому виду, которые учитывают влияние экологических, социальных, инфраструктурных факторов, включение энергоблока в энергосистему, его готовность к несению нагрузки, стоимость используемого угля и др.
Разработанная с использованием эксергетической методологии методика комплексного технико-экономического исследования является дальнейшим развитием проводимых в НГТУ в течении ряда лет комплексных исследований энергоблоков ТЭС с новыми технологиями использования угля. Это работы Ноздренко Г.В., Щинникова П.А., Овчинникова Ю.В., Томилова В.Г., Зыковой Н.Г, Бородихина И.В., Григорьевой О.К, Русских Е.Е, Боруш
О.В.
Представлена методика расчета расходно-термодинамических и конструктивно-компоновочных параметров поточных газификаторов в составе ИГУ
Разработанные методики реализованы в вычислительном компьютерном комплексе, имитирующем работу ПГУ ТЭЦ с поточными газификаторами и комбинированным производством электро-, теплоэнергии, синтез-газа и водорода.
В третьей главе представлены результаты расчета расходнотермодинамических и конструктивно-компоновочных параметров поточных газификаторов в составе ПГУ.
В четвертой главе приведены результаты и выполнен техникоэкономический анализ парогазовых энергоблоков ТЭЦ с комбинированным

лением: (Рапид-Сити, Северная Дакота, США) на буром угле, близком по составу к канско-ачинским углям. [122]
Оригинальность этого процесса заключается в том, что примерно 75 % тепла, необходимого для осуществления эндотермических реакций газификации, покрывается за счет взаимодействия двуокиси углерода с веществом-
СаО + С02 = СаСОз-акцептором, например окисью кальция;
По этой реакции выделяется 3,15 МДж тепла на каждый килограмм окиси кальция. Акцептор регенерируется в специальном реакторе путем прокаливания СаСОз и затем возвращается в газификатор. Высокая температура в регенераторе достигается за счет сжигания твердого углеродосодержащего остатка газификации.
Поскольку С02 удаляется из продуцированного газа непосредственно в газификаторе, паровая конверсия и отмывка от двуокиси углерода могут быть исключены.
Известен процесс «Агломерированная зола» [122] представляющий собой газификацию угля водяным паром в кипящем слое под давлением с подводом тепла из топки посредством гранул золы. Для компенсации большого эндотермического эффекта реакции взаимодействия углерода с водяным паром требуется значительное количество теплоносителя. Для получения зольных гранул используется кокс или уголь крупностью свыше 0,15 мм, а в процессе газификации применяется фракция угля 0,15-2,35 мм.
Применение данной технологии для переработки канско-ачинских углей ограничено низким содержанием золы в исходном сырье, что требует дополнительного введения минеральных компонентов в кипящий слой. Определенные сложности вызывает также подбор оптимального температурного режима, обеспечивающего получение агломератов золы нужного размера, поскольку температура плавления золы для разных видов сырья варьирует в широких пределах. Эти требования существенно усложняют процесс газификации.