ПГУ с газификацией угля

Парогазовая установка с внутрицикловой газификацией (англ. integrated gasification combined cycle, IGCC) — 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 %.

Значимость

В России в 2005 году доля угля в энергобалансе страны составляла около 18 процентов (в среднем по миру 39 %). По оценкам на 2010—2013 годы запасов угля при текущем потреблении хватит на 100—150 лет, в то время как нефти и газа лишь на 30-50 лет. Также стоимость 1 тонны условного топлива (ТУТ) на угле в большинстве случаев является самой низкой по сравнению с мазутом и газом. На 2006 год среднемировой КПД тепловых электростанций равнялся 31 %. Применение парогазовых установок с газификацией угля позволит увеличить эффективность генерации до двух раз и снизить при этом выбросы загрязняющих веществ.

Принцип действия и устройство

Ниже приведена схема электростанции использующей ПГУ с газификацией угля: 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

Для производства полезной энергии установка использует несколько типов термодинамических преобразований. Газогенератор используется в качестве источника синтез-газа(смесь CO ~ 50 %, ~ 25 % H2, остальное СО2, Н2О, СН4). После очистки газ подают в газовую турбину для сжигания. Вал турбины соединён с электрогенератором. Часть теплоты выхлопных газов из турбины используется для выработки пара в котле-утилизаторе. Пар приводит в действие паровую турбину вращающую второй электрогенератор. Блок IGCC (см. рисунок), таким образом, сходен по структуре с широко распространёнными в мире ПГУ и природный газ является запасным топливом для такой установки. Основное отличие заключается только в присутствии системы производства синтетического газа из твердого топлива и интегрирование её (за счет теплообмена) с ПГУ и установкой разделения воздуха. Также возможно использование мазута, биомассы, бытовых отходов в качестве топлива. В целях повышения рентабельности процесса синтез-газа подаваемого в турбину из него могут выделяться водород и сера. Они затем могут быть использованы для получения полезной продукции(в том числе удобрений, аммиака или метанола). Хотя удаление водорода и серы из потока синтез-газа и снижает его теплотворную способность, но прибыль от продажи этих продуктов компенсирует потери. Для защиты окружающей среды и для защиты газовой турбины от коррозии и эрозии из синтез-газа перед сжиганием в турбине удаляются: пыль серы (в форме гранул, из-за высокой температуры процесса плавления и пыли), хлориды, и ртуть. Кислород после разделения используется для процесса газификации, в то время как азот (не всегда производится) смешивают с синтез-газом на входе в камеру сгорания. Это увеличивает массовый расхода хладагента через газовую турбину, которая поднимая её выходную мощность. Кроме того, присутствие азота в факельном газе способствует сокращению выбросов оксидов и может уменьшить потребность в воде или нагнетания пара. Небольшие количества азота могут быть использованы для охлаждения газовой турбины. Во время разделения кислорода и азота, необходима энергия для сжатия воздуха — такая операция потребляет до 25 % от валового электроэнергии, вырабатываемой турбиной. Процедура добавления газообразного азота или пара повышает прочность, достигаемую в типичной турбине примерно на 20 % по сравнению с работой турбины на природном газе. Получение синтез-газа, который является смесью водорода и монооксида углерода происходит в герметичном реакторе, в котором углерод в присутствии кислорода вступает в реакцию с паром (давление 20-50 бар, температуре от 1000 до 1500 К). Кроме производства синтез-газа в газогенераторе происходит удаление золы и других твердых частиц. После выхода из газогенератора из синтез-газа удаляются соединения серы, аммиак, тяжелые металлы и даже углекислый газ (так называемое поглощение CO2). В результате, загрязнения удаляются перед сгоранием в газовой турбине, а не — как в традиционной технологии — из продуктов сгорания. Благодаря синтезу высокое давление газа перед сжиганием, решение для устранения загрязнений в IGCC и дешевле и эффективнее, чем используется на обычных станциях.

Экономика

Основным недостатком данной технологии является её сложность и высокая стоимость сооружения. Эксплуатация же в виду высокой эффективности и низкой стоимости топлива должна быть выгодной.

Применение

В рамках демонстрационного проекта DOE Clean Coal в США были построены 3 станции с использованием IGCC на угле: Wabash River Power Station в Вест Тере Оуте, штат Инидана; Polk Power Station в Тампе во Флориде (запущена в 1996), и Pinon Pine в Рено, штат Невада. Другие работающиме установки IGCC на угле есть в Александере (бывший Буггенум) в Нидерландах, Пуэртольяно в Испании и в JGC в Японии. В США также находится в процессе строительства комплекс en:Kemper Project в штате Миссисипи.

В Италии построено 4 установки IGCC на остаточных продуктах нефтепереработки: мощностью 512 МВт на НПЗ ISAB в г. Приоло (о. Сицилия), мощностью 575 МВт на НПЗ Саррок (о. Сардиния), мощностью 280 МВт на НПЗ Фальконара и мощностью 250 МВт на НПЗ Сан-Надзаро

Ссылки

• [cogeneration.net/integrated-gasification-combined-cycle/]
• [lfee.mit.edu/public/LFEE_2005-002_WP5.pdf Ola Maurstad «An Overview of Coal based Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC) Technology»]
• [www.gigawat.info/archiwum/article/articleview/321/1/36/index.html Piotr Olszowiec, IGCC: elektrownia na gaz z węgla, Gigawat Energia, 2004]
• [www.fossil.energy.gov/programs/powersystems/cleancoal/]

Отрывок, характеризующий ПГУ с газификацией угля

«Никто не прав, никто не виноват, стало быть и она не виновата», думал он. – Ежели Пьер не изъявил тотчас же согласия на соединение с женою, то только потому, что в состоянии тоски, в котором он находился, он не был в силах ничего предпринять. Ежели бы жена приехала к нему, он бы теперь не прогнал ее. Разве не всё равно было в сравнении с тем, что занимало Пьера, жить или не жить с женою?
Не отвечая ничего ни жене, ни теще, Пьер раз поздним вечером собрался в дорогу и уехал в Москву, чтобы повидаться с Иосифом Алексеевичем. Вот что писал Пьер в дневнике своем.
«Москва, 17 го ноября.
Сейчас только приехал от благодетеля, и спешу записать всё, что я испытал при этом. Иосиф Алексеевич живет бедно и страдает третий год мучительною болезнью пузыря. Никто никогда не слыхал от него стона, или слова ропота. С утра и до поздней ночи, за исключением часов, в которые он кушает самую простую пищу, он работает над наукой. Он принял меня милостиво и посадил на кровати, на которой он лежал; я сделал ему знак рыцарей Востока и Иерусалима, он ответил мне тем же, и с кроткой улыбкой спросил меня о том, что я узнал и приобрел в прусских и шотландских ложах. Я рассказал ему всё, как умел, передав те основания, которые я предлагал в нашей петербургской ложе и сообщил о дурном приеме, сделанном мне, и о разрыве, происшедшем между мною и братьями. Иосиф Алексеевич, изрядно помолчав и подумав, на всё это изложил мне свой взгляд, который мгновенно осветил мне всё прошедшее и весь будущий путь, предлежащий мне. Он удивил меня, спросив о том, помню ли я, в чем состоит троякая цель ордена: 1) в хранении и познании таинства; 2) в очищении и исправлении себя для воспринятия оного и 3) в исправлении рода человеческого чрез стремление к таковому очищению. Какая есть главнейшая и первая цель из этих трех? Конечно собственное исправление и очищение. Только к этой цели мы можем всегда стремиться независимо от всех обстоятельств. Но вместе с тем эта то цель и требует от нас наиболее трудов, и потому, заблуждаясь гордостью, мы, упуская эту цель, беремся либо за таинство, которое недостойны воспринять по нечистоте своей, либо беремся за исправление рода человеческого, когда сами из себя являем пример мерзости и разврата. Иллюминатство не есть чистое учение именно потому, что оно увлеклось общественной деятельностью и преисполнено гордости. На этом основании Иосиф Алексеевич осудил мою речь и всю мою деятельность. Я согласился с ним в глубине души своей. По случаю разговора нашего о моих семейных делах, он сказал мне: – Главная обязанность истинного масона, как я сказал вам, состоит в совершенствовании самого себя. Но часто мы думаем, что, удалив от себя все трудности нашей жизни, мы скорее достигнем этой цели; напротив, государь мой, сказал он мне, только в среде светских волнений можем мы достигнуть трех главных целей: 1) самопознания, ибо человек может познавать себя только через сравнение, 2) совершенствования, только борьбой достигается оно, и 3) достигнуть главной добродетели – любви к смерти. Только превратности жизни могут показать нам тщету ее и могут содействовать – нашей врожденной любви к смерти или возрождению к новой жизни. Слова эти тем более замечательны, что Иосиф Алексеевич, несмотря на свои тяжкие физические страдания, никогда не тяготится жизнию, а любит смерть, к которой он, несмотря на всю чистоту и высоту своего внутреннего человека, не чувствует еще себя достаточно готовым. Потом благодетель объяснил мне вполне значение великого квадрата мироздания и указал на то, что тройственное и седьмое число суть основание всего. Он советовал мне не отстраняться от общения с петербургскими братьями и, занимая в ложе только должности 2 го градуса, стараться, отвлекая братьев от увлечений гордости, обращать их на истинный путь самопознания и совершенствования. Кроме того для себя лично советовал мне первее всего следить за самим собою, и с этою целью дал мне тетрадь, ту самую, в которой я пишу и буду вписывать впредь все свои поступки».
«Петербург, 23 го ноября.
«Я опять живу с женой. Теща моя в слезах приехала ко мне и сказала, что Элен здесь и что она умоляет меня выслушать ее, что она невинна, что она несчастна моим оставлением, и многое другое. Я знал, что ежели я только допущу себя увидать ее, то не в силах буду более отказать ей в ее желании. В сомнении своем я не знал, к чьей помощи и совету прибегнуть. Ежели бы благодетель был здесь, он бы сказал мне. Я удалился к себе, перечел письма Иосифа Алексеевича, вспомнил свои беседы с ним, и из всего вывел то, что я не должен отказывать просящему и должен подать руку помощи всякому, тем более человеку столь связанному со мною, и должен нести крест свой. Но ежели я для добродетели простил ее, то пускай и будет мое соединение с нею иметь одну духовную цель. Так я решил и так написал Иосифу Алексеевичу. Я сказал жене, что прошу ее забыть всё старое, прошу простить мне то, в чем я мог быть виноват перед нею, а что мне прощать ей нечего. Мне радостно было сказать ей это. Пусть она не знает, как тяжело мне было вновь увидать ее. Устроился в большом доме в верхних покоях и испытываю счастливое чувство обновления».


Как и всегда, и тогда высшее общество, соединяясь вместе при дворе и на больших балах, подразделялось на несколько кружков, имеющих каждый свой оттенок. В числе их самый обширный был кружок французский, Наполеоновского союза – графа Румянцева и Caulaincourt'a. В этом кружке одно из самых видных мест заняла Элен, как только она с мужем поселилась в Петербурге. У нее бывали господа французского посольства и большое количество людей, известных своим умом и любезностью, принадлежавших к этому направлению.
Элен была в Эрфурте во время знаменитого свидания императоров, и оттуда привезла эти связи со всеми Наполеоновскими достопримечательностями Европы. В Эрфурте она имела блестящий успех. Сам Наполеон, заметив ее в театре, сказал про нее: «C'est un superbe animal». [Это прекрасное животное.] Успех ее в качестве красивой и элегантной женщины не удивлял Пьера, потому что с годами она сделалась еще красивее, чем прежде. Но удивляло его то, что за эти два года жена его успела приобрести себе репутацию
«d'une femme charmante, aussi spirituelle, que belle». [прелестной женщины, столь же умной, сколько красивой.] Известный рrince de Ligne [князь де Линь] писал ей письма на восьми страницах. Билибин приберегал свои mots [словечки], чтобы в первый раз сказать их при графине Безуховой. Быть принятым в салоне графини Безуховой считалось дипломом ума; молодые люди прочитывали книги перед вечером Элен, чтобы было о чем говорить в ее салоне, и секретари посольства, и даже посланники, поверяли ей дипломатические тайны, так что Элен была сила в некотором роде. Пьер, который знал, что она была очень глупа, с странным чувством недоуменья и страха иногда присутствовал на ее вечерах и обедах, где говорилось о политике, поэзии и философии. На этих вечерах он испытывал чувство подобное тому, которое должен испытывать фокусник, ожидая всякий раз, что вот вот обман его откроется. Но оттого ли, что для ведения такого салона именно нужна была глупость, или потому что сами обманываемые находили удовольствие в этом обмане, обман не открывался, и репутация d'une femme charmante et spirituelle так непоколебимо утвердилась за Еленой Васильевной Безуховой, что она могла говорить самые большие пошлости и глупости, и всё таки все восхищались каждым ее словом и отыскивали в нем глубокий смысл, которого она сама и не подозревала.