<<
>>

Глава 1. Технологические принципы нового процесса газификации угля

В настоящее время происходит возрождение интереса к использо­ванию угля в энергетических целях в России как со стороны произ­водителей тепловой и электрической энергии, так и со стороны круп­ных ее потребителей

Этому способствуют следующие обстоятельства.

Принятая в ноябре 2006 г. программа реформирования энергетики предусматривает Постепенное увеличение стоимости природного газа для потребителей внутри страны. К 2011 году цена на природный газ должна стать равноэффективной для внутреннего и внешнего рынков. При сегодняшних ценах, цена для внутренних потребителей должна составить около 125 долларов США за 1000 м3 природного газа вме­сто 50 долларов США на начало 2007 года.

Потребность в электроэнергии в России растет вместе с ростом промышленного производства В ряде регионов уже сейчас ощуща­ется ее нехватка.

Удовлетворить растущие потребности экономики в энергии за счет природного газа невозможно, так как в последние годы увеличения объемов добычи природного газа практически не происходит. Кроме того, Россия приняла на себя значительные обязательства по постав­кам природного газа за рубеж и гарантировала их исполнение Внутри страны осуществляется масштабная кампания по газификации насе­ленных пунктов, в настоящее время ее уровень составляет всего око­ло 50 %. Все это требует значительных поставок природного газа Таким образом, объем добычи природного газа ограничен, значи­тельная его часть направляется для выполнения государственных обя­зательств по поставкам за рубеж и для решения социальных вопросов в России. Стоимость природного газа значительно увеличивается. По­требность в энергии внутри страны растет

Единственным энергоносителем, использование которого в бли­жайшей перспективе может обеспечить растущие потребности в энергии, является уголь.

В целом угольная энергетика требует более высоких капитальных вложений и эксплуатационных затрат, чем газовая Проведение разумной ценовой и налоговой политики государством вполне способно дать импульс к ее развитию в условиях рынка

Развитие угольной энергетики невозможно без обеспечения срав­нимых с газовыми станциями экологических показателей, удовлетво­ряющих современным требованиям.

Значительное уменьшение вредного воздействия на окружаю­щую среду возможно только при использовании новых эффективных угольных технологий.

Разработке процессов эффективной газификации угля[1] уделялось зна­чительное внимание на всех этапах развития энергетики Это связано в первую очередь с тем, что уголь является наиболее массовым и доступ­ным источником тепловой и электрической энергии Известны десятки доведенных до промышленной эксплуатации способов газификации угля, еще больше реализовано на стадии пилотных установок [1]

Условно все способы газификации угля можно разделить на спосо­бы газификации кускового, мелкозернистого и пылевидного топлива. Эти способы реализуются, как правило, в установках с неподвиж­ным слоем, кипящим слоем и факельных, соответственно В качестве окислителя используется воздух, кислород, водяной пар, двуокись углерода в различных соотношениях

Несмотря на многообразие известных способов газификации угля [2], до сих пор не удалось создать эффективную и экологически чи­стую угольную технологию, сравнимую с технологиями на природ­ном газе.

Такая технология должна обеспечивать

1. Комплексное использование угля как минерального сырья То есть, полезно должна использоваться как органическая, так и мине­ральная части угля. Только реализация этого условия может обеспе­чить сравнимые с газовой энергетикой экономические показатели

2. Возможность стабильной работы установок на углях разного типа и качества

3. Минимальное количество отходов (золы)

4 Высокую маневренность, то есть возможность регулирования производительности процесса в широких пределах и возможность производства газа различного состава

5 Существенно меньшее количество вредных выбросов в виде ок­сидов азота, серы и пыли.

6. Высокую удельную производительность процесса.

Основы технологии, отвечающей перечисленным требованиям, были разработаны в металлургии [3].

На предприятиях черной металлургии достигнуты существенные результаты в области газификации угля. Достаточно сказать, что при производстве чугуна в доменных печах около 50 % от общей тепло­творной способности кокса преобразуется в химическую энергию до­менного газа, который используется в качестве газообразного топли­ва для различных технологических нужд, в том числе и на заводских ТЭЦ [4] Калорийность доменного газа составляет около 4,5 МДж/нм3. Другим процессом, в котором осуществляется частичная газификация угля, является коксование. Калорийность коксового газа составляет около 18 МДж/нм3. Большое количество монооксида углерода образу­ется в сталеплавильном производстве, его использование в качестве газообразного топлива имеет большие перспективы. В целом в чер­ной металлургии сегодня стоит вопрос о совмещении производства металла с производством электроэнергии для покрытия собственных нужд и на продажу потребителям. Такой подход позволит существен­но снизить энергоемкость продукции и улучшить экономические по­казатели металлургического производства.

Газификации угля в шлаковом расплаве является неотъемлемой частью способа внедоменного производства чугуна — процесса Ро­мелт [5], который длительное время разрабатывался и исследовался на опытной установке промышленного размера. Понимая самостоя­тельное значение этой технологии, авторы уже на ранних этапах ра­боты уделяли значительное внимание газификации угля, в том числе путем проведения специальных исследований.

Результатом этих исследований стали теоретические и технологи­ческие основы газификации угля в шлаковом расплаве, изложенные в книге. Эта технология может стать основой для нового поколения эффективных, экологически чистых угольных энергетических уста­новок.

Газификация угля более привлекательна по сравнению с его сжига­нием, так как позволяет повысить КПД производства энергии за счет сжигания генераторного газа в газовых турбинах. Кроме использова­ния получаемого из угля газа для энергетических целей, его можно использовать как технологическое топливо в различных отраслях и как ценное сырье для химической промышленности.

Особенно привлекательна газификация угля с использованием в качестве окислителя кислорода вместо воздуха. Это позволяет суще­ственно повысить качество производимого газа (его калорийность).

При кислородной газификации существенно проще обеспечить ути­лизацию образующейся при его сжигании двуокиси углерода В пер­спективе это позволит производить энергию при нулевом выбросе парниковых газов в атмосферу.

Развитию таких технологий уделяется значительное внимание в Европе и США [6, 7].

Технология газификации угля в шлаковом расплаве позволяет обе­спечить экологически безопасное и эффективное производство энер­гии из угля.

Выбор в качестве реакционной среды шлакового расплава обеспе­чивает высокий температурный уровень и, следовательно, высокую производительность процесса, значительные экологические выгоды и простоту конструкции основного оборудования.

Процесс газификации угля осуществляется следующим образом (рис. 1 1) В шлаковую ванну, находящуюся в реакторе-газификаторе, через боковые фурмы вдувают кислородсодержащее дутье ниже уров­ня поверхности шлака При этом расплав, находящийся выше уровня фурм, переходит в барботируемое состояние, характеризующееся вы­сокой интенсивностью перемешивания и газосодержанием 40-60% по объему. Нижняя часть ванны остается в спокойном состоянии




Сверху в реактор-газификатор непрерывно загружают уголь и флюс.

После попадания угля в расплав в результате быстрого нагрева из ча­стиц угля выделяются летучие и влага. За счет высокой интенсивности перемешивания происходит замешивание частиц ококсованного топлива в объем барботируемой зоны.

Кислород дутья, проходя через шлак, окисляет замешанные в шла­ке частицы твердого топлива по реакциям:

соотношение си/си, в генераторном газе может регулироваться технологическими приемами в широких пределах вплоть до получе­ния окиси углерода с минимальным содержанием С02.

Кроме кислорода в газификации угля частично участвует влага, со­держащаяся в нем, или специально подаваемые вместе с дутьем пар или вода:

часть элементов, содержащихся в золе угля в виде оксидов, имею­щих меньшее сродство к кислороду по сравнению с углеродом, также участвуют в газификации угля:

обеспечивая дополнительное производство газа. К таким оксидам можно отнести всегда содержащиеся в золе угля оксиды железа, ча­стично оксиды калия и натрия и некоторые другие.

После взаимодействия с углеродом восстановленные элементы в зависимости от упругости пара либо оседают на дно реактора, форми­руя металлический расплав, либо в виде паров удаляются с газом.

Зола угля, состоящая в основном из оксидов, растворяется в шла­ковом расплаве. При необходимости состав шлака корректируется флюсующими добавками (известняк, известь, доломит).

По мере образования шлака осуществляется его непрерывный или периодический выпуск. Шлак выводится из подфурменной слабо пе­ремешиваемой зоны через сифонное устройство. Вывод образующе­гося из золы угля шлака из подфурменной зоны позволяет избежать механических потерь не полностью сгоревшего топлива со шлаком. Так как плотность угольных частиц существенно ниже плотности шлакового расплава, а перемешивание шлака в этой зоне незначи­тельно, частиц твердого топлива здесь нет.

Образующийся металлический сплав также выводится из реактора.

Газ направляется на охлаждение и очистку или сжигается в котле кислородом воздуха.

Реактор-газификатор работает под небольшим разрежением (2-3 мм водяного столба), создаваемым дымососом (вытяжным вентиля­тором). Отсутствие избыточного давления в реакторе существенно упрощает его конструкцию.

Содержание кислорода в дутье может изменяться в широких пре­делах. Производительность повышается при увеличении содержания кислорода в дутье. Также в значительных пределах может изменяться количество влаги и газифицирующих уголь оксидов элементов.

Отработка технологии газификации угля в шлаковом расплаве осуществлялась на опытной установке Ромелт на Новолипецком ме­таллургическом комбинате (г. Липецк) [8] и на пилотной установке в Научном Центре г. Таэджон (Ю. Корея) [9].

Подготовка к ЕГЭ/ОГЭ
<< | >>
Источник: Баласанов А.В., Лехерзак В.Е., Роменец В.А., Усачев А.Б.. Газификация угля в шлаковом расплаве / под ред Усачева А. Б. - М "Институт Стальпроект", 2008 - 288 с. 2008

Еще по теме Глава 1. Технологические принципы нового процесса газификации угля:

  1. Химическая промышленность
  2. Славянофилы в эпоху Александра III
  3. СОДЕРЖАНИЕ
  4. Глава 1. Технологические принципы нового процесса газификации угля
  5. Глава 22. Сравнительная оценка газификации угля в шлаковом расплаве с традиционной угольной энергетикой
  6. Исторический поворот России. Создание новой “инженерно-технической интеллигенции "