Описание технологических схем

⇐ ПредыдущаяСтр 9 из 10Следующая ⇒

Технологическая схема, совмещающая плазменный пиролиз и традиционную парокислородную газификацию представлена на рис. 4.11. Плазмообразующий газ – водород поступает в межэлектродное пространство плазмотрона пиролиза 1. Туда же поступает исходное сырьё – угольная шихта. К плазмотрону мощностью 400 кВт подводится электроэнергия. Теплообменник закалки газовой смеси 2 смонтирован внутри реактора 3. Пиролизный газ после закалки отделяется в электрофильтре от твёрдого остатка - сажи и поступает на разделение и очистку. Охлаждающая вода после закалки выводится в виде пара (Т = 773 К, Р = 30 атм). Часть пара, необходимая для газификации, поступает в газогенератор 4 снизу вверх вместе с кислородным дутьём. Сверху в газогенератор поступает по пневмотранспорту (N₂) угольная шихта. Газогенератор имеет охлаждающую рубашку 5, поэтому выходящий газ имеет температуру 1000 К. Затем этот газ проходит еще один теплообменник 6. Здесь он охлаждается до 373 К и идет на разделение и очистку. Расплавленная минеральная часть исходного сырья (шлак) сливается в нижнюю часть газогенератора. Пар, полученный в рубашке и теплообменнике (Т = 773 К, Р = 90 атм), поступает в паровую турбину 7 для получения электроэнергии. Электроэнергия идёт на компенсацию затрат энергии, необходимой для осуществления плазмохимического пиролиза.

Технологическая схема, совмещающая плазмохимический пиролиз и плазмохимическую газификацию представлена на рис. 4.12.

В межэлектродное пространство плазмотрона 5 подается плазмообразующий газ – водяной пар (частично из теплообменника закалки 2, а частично со стороны). Туда же подаётся угольная шихта. К плазмотрону подводится дополнительная электроэнергия. Так как плазмохимическая газификация в отличие от пиролиза не требует закалки, минеральная часть сырья выводится в виде расплава. Синтез-газ проходит теплообменник 6, где охлаждается до 373 К, и идет на разделение и очистку. Пар, получаемый при охлаждении синтез-газа поступает в турбину 7. Получаемая в турбине электроэнергия идёт на компенсацию затрат энергии в плазмотронах.

Основными продуктами процессов являются: пиролизный газ, сажа, синтез-газ.

Выполненный эксергетический анализ двух указанных выше систем показал по эксергетическому критерию преимущество системы, в которой объединены плазменная газификация и традиционная парокислородная газификация угля. Значения эксергетических КПД соответственно следующие: h_экс1= 67, 9%; h_экс2= 78, 7%. Однако анализ ЭТС на основе составления эксергетических балансов и исследования потерь эксергии может в большинстве случаев дать лишь качественную оценку эффективности в связи с тем, что основное применение эксергетического анализа заключается в сравнительном анализе однотипных ЭТС (или различных альтернативных вариантов проектируемой системы).

Для получения качественных показателей эффективности и степени совершенства ЭТС используется термоэкономический принцип.

Термоэкономика – это подход к анализу ЭТС, заключающийся в комбинации термодинамического анализа и экономической оптимизации. Если термодинамический анализ выявляет направление и течение процесса, перенос энергии и массы, а также устанавливает общие альтернативы реализации процесса, то экономическая оптимизация устанавливает и увязывает между собой термодинамически предпочтительные альтернативы и капитальные затраты с целью достижения минимальной стоимости единицы продукции. В соответствии с общей концепцией термоэкономики в задачу оптимизации входит минимизация стоимости единицы эксергии, для чего все её потоки выражаются через стоимость, что позволяет составлять преобразование эксергии, т.е. потери эксергии и стоимость технических мероприятий, направленных на уменьшение потерь эксергии.

Таким образом, критерием оптимизации в термоэкономике является композиция аддитивных функций, которые измеряют эксергию, оборудование и другие аналогичные затраты в денежных единицах. В наиболее общей форме термоэкономический критерий записывается так:

где С – себестоимость единицы эксергии продукции;

Е_i – эксергия потребляемого системой сырья и энергии;

с_ei – стоимость единицы эксергии соответствующих потоков сырья и энергии;

Е_pk – эксергия потоков продукции, производимой системой;

k_j – капитальные и другие сопряженные затраты для подсистемы;

{v} – совокупность значений оптимизирующих параметров, на которых имеется минимум.

Для анализа указанных выше систем были взяты показатели плазмохимического пиролиза бурого угля мощностью 400 кВт, расходом угля 200 кг/ч и показатели процесса плазмохимической пароводяной газификации бурого угля мощностью 2750 кВт, расходом угля 1000 кв/ч, а также показатели процесса парокислородной газификации Копперс-Тотцека.

Плазмохимический модуль для получения пирогаза мощностью 400 кВт/ч присутствует в обеих схемах. Поэтому капитальные затраты, пошедшие на его создание, можно считать постоянными и равными. Также обе схемы (рис. 4.11 и рис. 4.12) включают в себя одинаковые теплообменники (поверхности теплообмена равны), что означает и равные капитальные затраты. Стоимость плазмохимического модуля для газификации на порядок ниже стоимости газификатора способа Копперс-Тотцека.

Все цены соотнесены на 1991 г. согласно прейскурантам (оптовые цены на химическую продукцию общепромышленного назначения).

Для парокислородной газификации получена себестоимость единицы эксергии продукции: minС = 0, 260.10^-4 руб/кДж

Для плазмохимической газификации значение себестоимости единицы эксергии (minС) равно 0, 164.10^-4 руб/кДж.

Таким образом, несмотря на меньшее значение эксергетического КПД схемы, объединяющей два плазменных процесса, себестоимость и термоэкономический критерий этой объединённой схемы говорят о ее преимуществе в целом.

Оценка проектов, выполняющихся для конкретных условий, должна учитывать:

- регион реализации;

- условия существующего производства (наличие либо отсутствие в месте строительства установок цеха по производству кислорода).

Учёт этих моментов приводит к выводу о том, что парокислородную газификацию комбинировать с плазмохимическим пиролизом выгодно при наличии цеха по производству кислорода, так как статья затрат на получение кислорода вносит один из наибольших вкладов в термоэкономический критерий этого процесса.

Комбинирование двух плазмохимических процессов позволяет иметь единую систему обеспечения энергией, в результате чего отпадает необходимость создания кислородного цеха, занимающего обширную территорию, а также требующего немалых отчислений текущих затрат на содержание цеха.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8910 Следующая ⇒