CC BY
202
В.П.Латышев, С.В.Мельник
Технология производства горючего газа из бурых углей в газогенераторе кипящего слоя
В настоящее время актуальной является проблема эффективного использования бурых и каменных углей в энергетике, химической промышленности и ряде других отраслей производства с учётом энергосбережения и экологической безопасности [1]. Рост цен на нефтепродукты ставит перед промышленными предприятиями и коммунальными хозяйствами задачу поиска и использования более доступных и дешёвых энергоносителей, адсорбентов и химических продуктов из угля. Особенно актуальна эта проблема для регионов, удалённых от источников нефтяного и газового сырья, но обладающих запасами угля и отходами промышленности, содержащими значительное количество углерода и водорода (лигнин, опилки, кора, нефтешла-мы, пластмассы).
За последние 5-10 лет в научной литературе опубликованы многочисленные работы по прогнозу добычи и использованию энергоносителей, их стоимости, конкурентоспособности, объёмам потребления и воздействию на окружающую среду [2,3]. Большое внимание уделяется вопросом переработки угля на месте его добычи, в частности, на крупнейшем Канско-Ачинском месторождении [4], что значительно снижает затраты на перевозку и хранение угля, содержащего большое количество влаги (до 30%) и золы (10-11%). Одним из перспективных методов переработки угля является газификация, позволяющая получить активный полукокс (адсорбенты) и горючий газ.
В институте «КАТЭКНИИуголь» изготовлена опытная установка производительностью 0,5 т/ч по углю, позволяющая увеличить электрический КПД электростанции до 50% при одновременном снижении капитальных затрат [5]. Особенный интерес представляет технология совмещённого производства полукокса и горючего газа из угля, разработанная в ЗАО «Карбоника-Ф» в Красноярске [6]. Авторами сдано в эксплуатацию опытно-промышленное производство. Из 1 т угля с калорийностью 3800 ккал/кг производится 0,3 т полукокса калорийностью 6500 ккал/кг и 1700 м3 горючего газа с калорийностью 900 ккал/кг. Технологический процесс одностадийный, автотермичный и экологически безопасный.
В институте нефте- и углехимического синтеза Иркутского госуниверситета разработан способ окислительного полукоксования бурых и молодых каменных углей и сконструирован двухкамерный газогенератор кипящего слоя [8], Псевдоожижение угля осуществлялось паровоздушной смесью. В токе воздуха часть
продуктов терморазложения сгорала, поддерживая в кипящем слое температуру 600-800 °С. Активация образующихся полукоксов проводилась водяным паром.
Активные полукоксы имели удельную поверхность до 550 м2/г, насыпную плотность 0,23-0,59 кг/дм3, неф-теёмкость 210% и были испытаны в процессе очистки питьевой и сточных вод. При повышении температуры в газогенераторе до 900°С образующийся полукокс газифицируется, газ имеет низкое содержание смолы - 0,4 г/м3 и теплоту сгорания до 3500 кДж/нм3.
На основе данных, полученных на опытной установке производительностью 80 кг/ч по углю, была спроектирована опытно-промышленная установка производительностью 500 кг/ч по углю для завода по производству кирпича и производительностью 1350 кг/ч по углю для завода «Сибфарфор» в Иркутской области.
Схема установки производительностью 500 кг/ч представлена на рисунке.
Подсушенный уголь крупностью 1-7 мм из бункера исходного угля (поз. 1) поступает в тарельчатый питатель (поз. 2). Затем шнековым питателем (поз. 3) уголь подаётся в камеру генератора (поз. 4). Полукокс с образующимся генераторным газом переносится в отбойник (поз. 5), где происходит отделение генераторного газа от уноса полукокса. Шнеком (поз. 7) унос полукокса возвращается в газогенератор. Ворошитель (поз. 7) способствует разрыхлению золы, которая периодически выгружается в контейнер (поз. 9) золовыгружателем (поз. 10). В камеру газогенератора нагнетается воздух посредством газодувки (поз. 11) через задвижку (поз. 12). Образующийся в процессе генераторный газ по трубопроводу (поз. 14) поступает в печь обжига (поз, 13), где сгорает в горелках (поз. 15). Розжиг горелок производится с помощью газозажигательного устройства (поз. 16).
В качестве сырья выбран уголь Ирша-Бородинского разреза Канско-Ачинского бассейна. Зольность угля 10,8%, содержание влаги 32%, серы 0,5%, калорийность 7000 Ккал/кг. Температура в камере газогенератора в пределах 780-850 °С, давление газа на выходе до 5 КПа, золоудаление сухое.
Состав образующегося генераторного газа представлен в табл. 1. Газ практически не содержит окислов серы и азота, содержание смолы 0,4 г/м3, калорийность до 1200 ккал/нм3. Материальный баланс газификации угля и материальный баланс сжигания генераторного газа в топке даны в табл. 2, 3.
Таблица 1
Состав генераторного газа
Полученный генераторный газ сжигался 8 кольцевой печи обжига кирпича на диффузионных горелках на заводе по производству кирпича. Давление на горелках составляло 5 КПа, максимальная температура в печах обжига в процессе испытания достигала 1230 °С, рабочая температура обжига поддерживалась на уровне 1050-1100 °С.
Применение генераторного газа в процессе сушки и обжига кирпича вместо мазута позволило добить-
ся значительной экономии в производстве. На основе данных завода произведён расчёт себестоимости 1Гкал тепла, получаемого при сжигании мазута, и себестоимости 1 Гкал тепла, получаемого при сжигании отопительного генераторного газа из угля. Данные приведены в табл. 4, 5.
Себестоимость 1 Гкал тепла, полученного при сжигании мазута стоимостью 3500 руб./т, составила 456,5 руб., себестоимость 1 Гкал тепла, полученного при сжигании генераторного газа из угля стоимостью 350-400 руб./т, составила 142,7 руб., т.е. тепло, полученное при сжигании генераторного газа, в 3,2 раза дешевле тепла, полученного при сжигании мазута. Построенный по разработанной авторам^ технологии и пущенный в производство при их авторском надзоре газогенератор, производящий отопительный газ из бурого угля Ирша-Бородинского месторождения, находится в эксплуатации с 2002 года и позволил снизить стоимость 1 тыс. производимого кирпича с 2500 до 1550 рублей,
Компонент %, об.
н2 9.56-12.73
58,87-64.77
СН4 3.05-3.34
С02 5,26-5.46
СО 18.52-19.85
о2 0,24-0.27
1 угон к
Технологическая схема газогенерации: 1 - бункер расхолный, 2 - питатель тарельчатый, 3 - питатель шнековый, 4 - газогенератор, 5 -отбойник, 6 - газопровод, 7 - газопровод, 8 - ворошитель, 9 - контейнер, 10 - золовыгружатель, 11 - газодувка, 12 - задвижка, 13 -
печь обжига, 14 - задвижка, 15, горелка, 16 - ГЗУ
Таблица 2
Материальный баланс газификации
№ п/п Приход № п/п Расход
Наименование статей баланса Количество, кг/ч Наименование статей баланса Количество, кг/ч
1 Уголь исходный 500 1 Смешанный генераторный газ 1858.83
2 Воздушное дутьё 1473.16 2 Зола 38.33
3 Полукокс циркуляционный 144.15 3 Унос полукокса 48.05
4 Огарки 5
5 Водяной пар и газы разложения 22.95
6 Полукокс циркуляционный 144,15
Итого 2117.31 Итого 2117.31
Таблица 3
Материальный баланс сжигания генераторного газа в топке
N2 п/п Приход N2 п/п Расход
Наименование статей баланса Количество, кг/ч Наименование статей баланса Количество, кг/ч
1 Смешанный генераторный газ 1858.83 1 Продукты сгорания генераторного газа 4021.03
2 Зола 38.33 2 Несгоревший унос 4.8
3 Унос полукокса 48.05 3 Водяные пары и другие газы 29.88
4 Воздух 2132.38 4 Зола 44.83
5 Водяные пары и газы разложения 22.95
Итого 4100.54 Итого 4100.54
Таблица 4
Расчёт себестоимости 1 Гкал тепла, получаемого при сжигании мазута
№ п/п Наименование показателя Единица измерения Величина показателя
1 Количество требуемого тепла Гкал 99784
2 Количество требуемого мазута при калорийности 9,2 Гкал/т т/год 11416.9
3 Затраты на перевозку руб./год 1598370,7
4 Затраты на закупку мазута -«- 39959267,7
5 Производственные затраты, 10 % от стоимости мазута -«- 3995926.7
6 Итого затраты на обеспечение мазутом (сумма статей п.п, 4,5.6) 45553565.2
7 Стоимость 1 Гкал руб. 456.5
Таблица 5
Расчёт себестоимости 1 Гкал тепла, получаемого при сжигании отопительного генераторного газа из угля
Таким образом, разработанная технология газификации угля в газогенераторе кипящего слоя с паровоздушным дутьём может быть рекомендована для внедрения на предприятиях по производству фарфора, керамики, цемента, кирпича с целью замены дорогостоящего мазута, особенно в отдалённых от промышленных центров регионах страны, где отсутствуют или очень дороги энергоносители - нефть, мазут, природный газ, но есть доступные и дешёвые запасы углей.
Газогенератор рекомендуется к внедрению, как
аппарат с высокими экологическими и экономическими показателями.
Библиографический список
1. Калечиц И,В., Уголь в современном мире, перспективы его изучения и использования // Химия твёрдого топлива. - 2001, - № 3. - С. 3.
2. Головин Г.С., Родэ В,В. Уголь - сырьё для получения продуктов топливного и химико-технологического назначения II Химия твёрдого топлива. - 2001. - № 4. - С. 3.
3. Грицко Г.И, Уголь в топливно-энергетическом балансе: прошлое, настоящее, прогноз на будущее II Уголь, -2002. - № 6, - С. 18.
4. Дейков С.П., Борзов А.И., Гончаров Н.В., Маврин В,А, Актуальность переработки канско-ачинских углей на месте добычи II Уголь. - 2003. - № 7. - С, 47.
5. Степанов С.Г. Тенденции развития и новые инженерные решения в газификации угля II Уголь, - 2002,
6. Степанов С.Г., Морозов А.Б., Исламов С.Р. Технология совмещённого производства полукокса и горючего газа из угля II Уголь. - 2002. - № 6. - С, 26,
7. Мерц Р.Х„ Латышев В.П., Косыгина К,Ф„ Боксер В,Б, Окислительное полукоксование углей в кипящем слое,//Химия твёрдого топлива. - 1997, - № 4, - С. 59,
8. Лзтышев В,П., Мерц Р.Х. Окислительное полукоксование углей, - Патент РФ 18006173,
N° Наименование Единица Величина
п/п показателя измерения показателя
1 Количество угля т/год 32076
2 Суммарная выработка тепла Гкал/год 114010
2.1 В том числе:
химическое тепло газа Гкал/год 99784
тепло на выработку горячей Гкал/год 14226
воды
3 Затраты на газификацию руб. 16269543
4 Себестоимость 1 Гкал руб. 142,7
