Водоугольные суспензии для газогенераторов и агрегатов с комбинированным парогазовым циклом

Определены два направления использования суспензий высокой степени очистки и дисперсности в генераторах энергии. Первое из них — прямое сжигание в виде суспензий (рассмотрено ранее), второе — предварительная газификация суспензии с последующим сжиганием генераторного газа в газовых турбинах и реализация избыточной тепловой энергии газогенератора в виде перегретого пара в паровой турбине. Это направление получило развитие в энергоустановках комбинированного парогазового цикла. Перспективность использования ВУС в газогенераторах сводится к возможности подавать суспензию в реактор насосами высокого давления. Это делает процесс загрузки газогенераторов непрерывным и избавляет их от сложных в эксплуатации на сухом топливе шлюзовых камер, затворов и питателей, обеспечивающих их работу в периодическом режиме при высоких давлении и температуре. Часть входящей в ВУС воды (примерно половина) в газогенераторах полезно расходуется на образование водорода и оксида углерода в результате диссоциации при высоких температуре и давлении. Воду (15 % массы угля) подают и в обычные газогенераторы, работающие на угле влажностью 10...15%. Такое использование содержащейся в ВУС воды исключает затраты энергии на ее испарение при прямом сжигании суспензий.

Предварительная газификация угля и других энергоносителей с последующим использованием горючего газа в газовых турбинах (и дизелях) и перегретого пара в паровых турбинах в настоящее время считается наиболее прогрессивной и перспективной технологией в энергетике. В газогенераторных установках значительно меньше, чем в двигателях, трущихся деталей, износ которых оказывает существенное влияние на их работоспособность. Высокие температура и давление обеспечивают полноту конверсии топлива в горючий газ. Очистка этого газа от пыли и оксидов серы и азота намного дешевле очистки продуктов сгорания, поскольку масса генераторного газа в 9... 12 раз меньше массы продуктов сгорания и, соответственно, концентрация подлежащих удалению вредных примесей во столько же раз выше. К тому же газ очищают при давлении 1,0... 1,5 МПа. Следовательно, объем газа примерно в 100 раз меньше объема подлежащих очистке продуктов сгорания топлива при атмосферном давлении. Сжигание горючего газа практически не требует модернизации оборудования и исключает дополнительный износ рабочих деталей энергоустановок под воздействием твердого топлива. Поскольку перегретый пар газогенераторов с комбинированным циклом работы используют в паровых турбинах, мощность которых составляет примерно половину мощности газовых, в таких энергоустановках обеспечивается наиболее полная и рациональная утилизация энергии сжигаемого угля. Требования к его дисперсности и степени обогащения, к вязкости и стабильности суспензий самые умеренные (см. табл. 1).

В США, Голландии, Германии, Испании и Италии построены агрегаты с комбинированным парогазовым циклом мощностью 60...300 МВт. Две ТЭС в США (в штатах Индиана и Флорида) рассчитаны на использование ВУС. Мощность газовой турбины ТЭС в Индиане составляет 191, паровой — ПО МВт; во Флориде мощность газовой турбины 192, паровой — 130 МВт. Рассчитанный и измеренный КПД равен 42 %, тогда как у ТЭС обычного типа 35 %.