RU2540647C1 - Когенерационная энергоустановка с топливным элементом на основе внутрицикловой конверсии органического сырья - Google Patents
Когенерационная энергоустановка с топливным элементом на основе внутрицикловой конверсии органического сырья Download PDFInfo
- Publication number
- RU2540647C1 RU2540647C1 RU2013143097/05A RU2013143097A RU2540647C1 RU 2540647 C1 RU2540647 C1 RU 2540647C1 RU 2013143097/05 A RU2013143097/05 A RU 2013143097/05A RU 2013143097 A RU2013143097 A RU 2013143097A RU 2540647 C1 RU2540647 C1 RU 2540647C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gasification furnace
- gas
- fuel cell
- power plant
- gasification
- Prior art date
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 239000002994 raw material Substances 0.000 title claims abstract description 16
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 45
- 238000002309 gasification Methods 0.000 claims abstract description 36
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 11
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 10
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 4
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000003415 peat Substances 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 2
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000012717 electrostatic precipitator Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
- Industrial Gases (AREA)
Abstract
Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для автономного энергообеспечения малых городов, поселков городского типа и сельских поселений. Энергоустановка содержит корпус (1), покрытый теплоизоляцией (2). Внутри корпуса (1) размещена газификационная печь (3) в виде сосуда цилиндрической формы, по всему объему которой имеются каналы ввода газифицирующего агента (5), а в верхней части смонтировано устройство для подачи исходного материала (4). Нижняя часть газификационной печи (3) соединена с конусообразной колосниковой решеткой и системой золоудаления. Газификационная печь совмещена с газовой камерой сгорания (7), по периметру нижней части которой выполнена металлическая сетка (8) с нанесенным на нее катализатором. За металлической сеткой (8) расположены кислородно-водородный топливный элемент (9) и воздушная камера (10). В верхней части корпуса (1) на выходе дымовых газов предусмотрены теплообменник (11) и дымовая труба (12). Изобретение позволяет увеличить эффективность переработки исходного сырья в водородсодержащий газ, сократить затраты на организацию технологического процесса. 1 ил.
Description
Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к когенерационным энергетическим установкам термической переработки низкосортного сырья, и может быть использовано для автономного энергообеспечения малых городов, поселков городского типа и сельских поселений.
Известно изобретение «Способ управления устройством для выработки электроэнергии и устройство для использования в соответствии с данным способом» (RU 2464300, МПК C10J 3/20, F02B 43/08, опубл. 20.10.2012), в котором устройство для выработки электроэнергии включает газогенератор шахтного типа с расположенным сверху загрузочным конвейером. Агент газификации - увлажненный и предварительно нагретый воздух, подаваемый из увлажнителя и воздухоподогревателя, вводят в газогенератор снизу. Газ, образующийся в газогенераторе, поступает в газовый двигатель, приводящий в действие генератор для выработки электроэнергии. Между газогенератором и газовым двигателем предусмотрено наличие оборудования для очистки газа в виде системы охлаждения газа и электростатического осадителя. Кроме того, предусмотрены вентиляторы для увеличения давления топливного газа, подаваемого в газовый двигатель, поток топливного газа изменяют с помощью газового вентиля, установленного после вентилятора. Система охлаждения газа соединена с теплообменником для использования тепла, отводимого от газа в системе охлаждения. Теплообменник может являться частью системы охлаждения газа, а система охлаждения газа может включать дополнительный башенный охладитель газа, предназначенный для снижения температуры топливного газа и извлечения из топливного газа дополнительного количества конденсата. Дополнительное количество тепла может быть отведено от отработавшего газа в отдельном теплообменнике до того, как этот газ будет выпущен через трубу.
Недостатком изобретения является использование воздушного дутья, что снижает содержание водорода и теплоту сгорания получаемого газа. Следовательно, необходимо большее количество получаемого газа для газового двигателя, в результате чего увеличивается его металлоемкость, образуется большое количество дымовых газов, а значит, и вредных выбросов в окружающую среду, требуются мощные тягодутьевые машины.
Известна полезная модель «Алюмоводородная энергетическая установка с газификацией твердого топлива» (RU 111851, МПК C10J 3/00, опубл. 27.12.2011), содержащая высокотемпературный реактор окисления алюминия водяным паром, производимым за счет регенеративного тепла, в котором создается рабочее тело высоких параметров для тепловой машины первой ступени преобразования энергии в комбинированном цикле, которое является энергоносителем для последующих ступеней преобразования энергии при окислении кислородом воздуха. К указанному реактору окисления алюминия паром подключено устройство ввода газифицируемой углеродсодержащей среды, в частности малосернистого и малозольного угольного порошка, для его совместной газификации в среде реактора за счет выделяющегося тепла и при участии паров воды. К выходу реактора подключен сепаратор твердой фазы, за которым подключена тепловая машина первой ступени комбинированного цикла.
Недостатком полезной модели является использование в качестве катализатора алюминиевого порошка, повышающего стоимость выработки электричества. Стоит также отметить, что высокие температуры в технологическом процессе приводят к необходимости использования дорогих жаропрочных сталей, что существенно увеличивает стоимость отпускаемой тепло- и электроэнергии.
Наиболее близким, принятым за прототип, является изобретение «Система, вырабатывающая электрическую энергию с помощью газификации горючих веществ» (RU 2270849, МПК C10J 3/00, H01M 8/06, опубл. 27.02.2006), содержащее устройство для подачи исходного материала в низкотемпературную газификационную печь, в которой посредством пиролиза при температуре от 400 до 1000°C вырабатывается газ, содержащий водород и оксид углерода. После газификационной печи выполнены пылеуловитель и аппарат для удаления агрессивных газов, соединенный с устройством для риформинга топлива. Затем по ходу движения полученного газа расположен топливный элемент, предназначенный для выработки электроэнергии, и котел-утилизатор, соединеный с нагнетателем. Топливный элемент также соединен с высокотемпературным нагнетателем, используемым для повторного использования отработавшего газа, и газовой камерой сгорания, соединенной с охладителем газа.
Недостатком изобретения является использование высоких температур, что приводит к необходимости выполнения технологического оборудования из дорогих жаропрочных сталей. Высокие температуры газа, выходящего из устройства для риформинга топлива, ограничивают виды возможных для использования топливных элементов, оставляя возможными только дорогостоящие варианты. Предложенный способ газификации исходного материала позволяет получать газ с низким содержанием водорода и большим количеством балластных компонентов, в результате чего применение топливного элемента для выработки электроэнергии малоэффективно.
Задача изобретения - увеличение эффективности переработки исходного сырья в водородсодержащий газ, сокращение затрат на организацию технологического процесса.
Для решения поставленной технической задачи предложена когенерационная энергоустановка с топливным элементом на основе внутрицикловой конверсии органического сырья, содержащая устройство для подачи исходного материала в низкотемпературную газификационную печь, газовую камеру сгорания и топливный элемент. Корпус энергоустановки покрыт теплоизоляцией, внутри корпуса размещена газификационная печь в виде сосуда цилиндрической формы, по всему объему которой имеются каналы ввода газифицирующего агента. Нижняя часть газификационной печи соединена с конусообразной колосниковой решеткой и системой золоудаления. Газификационная печь совмещена с газовой камерой сгорания, по периметру нижней части которой выполнена металлическая сетка с нанесенным на нее катализатором. За металлической сеткой расположены кислородно-водородный топливный элемент и воздушная камера. В верхней части корпуса на выходе дымовых газов предусмотрены теплообменник и дымовая труба.
Изобретение поясняется следующим чертежом.
На фиг.1 показан продольный разрез когенерационной энергоустановки с топливным элементом на основе внутрицикловой конверсии органического сырья.
Когенерационная энергоустановка имеет корпус 1, покрытый теплоизоляцией 2. Внутри корпуса размещена газификационная печь 3 - сосуд цилиндрической формы, в верхней части которой смонтировано устройство для подачи исходного материала 4. По всему объему газификационной печи 3 выполнены каналы ввода газифицирующего агента 5. Нижняя часть газификационной печи 3 соединена с конусообразной колосниковой решеткой 6. Газификационная печь совмещена с газовой камерой сгорания 7, по периметру нижней части которой расположена металлическая сетка 8 с нанесенным на нее катализатором. За металлической сеткой 8 расположен кислородно-водородный топливный элемент 9 и воздушная камера 10. В верхней части корпуса 1 на выходе дымовых газов предусмотрены теплообменник 11 и дымовая труба 12.
Зольный остаток, образующийся при газификации сырья в газификационной печи 3, удаляется системой золоудаления 13.
Вблизи установки предусмотрен парогенератор (не показан) для генерации газифицирующего агента - перегретого пара.
Когенерационная энергоустановка с топливным элементом на основе внутрицикловой конверсии органического сырья работает следующим образом. Газификационную печь 3 через устройство для подачи исходного материала 4 заполняют сырьем, после чего по каналам ввода газифицирующего агента 5 из парогенератора (не показан) подается перегретый пар с температурой 300-500°C. В ходе процесса низкотемпературной газификации сырья выделяется газ, обогащенный водородом, сквозь колосниковую решетку 6 поступающий в газовую камеру сгорания 7. В газовой камере сгорания 7 газ, обогащенный водородом, реагирует с катализатором, нанесенным на металлическую сетку 8, и кислородно-водородным топливным элементом 9, омываемым воздухом из воздушной камеры 10. В результате чего кислородно-водородный топливный элемент 9 вырабатывает электрический ток, при этом происходит выделение тепла, передающегося дымовым газам - продукту реагирования газа, обогащенного водородом, с катализатором, нанесенным на металлическую сетку 8, и кислородно-водородным топливным элементом 9.
Часть теплоты, переданной дымовым газам посредством конвекционного теплообмена, идет на поддержание процесса газификации в газификационной печи 3, другая - теплообменнику 11. После прохождения теплообменника 11 охлажденные дымовые газы за счет естественной тяги покидают установку через дымовую трубу 12.
Зольный остаток, являющийся побочным продуктов процесса газификации, удаляется из газификационной печи 3 системой золоудаления 13.
В качестве катализатора, нанесенного на металлическую сетку 8, использованы нанопорошки (например, Ni+NiO, 75ZrO2+25Fe2O3, NiF2·2H2O, 10SrO+90Fe2O3, 85ZrO2+15Fe2O3).
Верхний предел температуры газификации выбран из соображения использования в технологическом процессе дешевых углеродистых сталей, способных работать при температурах до 500°C, что позволяет существенно снизить стоимость когенерационной энергоустановки.
В качестве примера представлены результаты расчета когенерационной энергоустановки с топливным элементом на основе внутрицикловой конверсии органического сырья, использующей в качестве топлива фрезерный торф.
В процессе газификации сухого фрезерного торфа в газификациоппой печи 3 получают газ, обогащенный водородом, следующего состава: H2=60,62%; CH4=29,54%; CO2=3,91%; CO=0,67%, неопределенные газы - остальное, при этом низшая теплота сгорания этого газа составляет 17,22 МДж/м3. КПД реакционной камеры составляет 94,93%.
Кислородно-водородный топливный элемент 9 выполнен из угольных цилиндров с использованием гидроокиси калия в качестве электролита, КПД которого составляет 32%.
В результате когенерационная энергоустановка с топливным элементом на основе внутрицикловой конверсии органического сырья позволяет вырабатывать 25,6 кВт тепла и 3,33 кВт электричества при расходе сухого фрезерного торфа 85,3 кг/сутки.
Claims (1)
- Когенерационная энергоустановка с топливным элементом на основе внутрицикловой конверсии органического сырья, содержащая устройство для подачи исходного материала в низкотемпературную газификационную печь, газовую камеру сгорания и топливный элемент, отличающаяся тем, что корпус энергоустановки покрыт теплоизоляцией, внутри корпуса размещена газификационная печь в виде сосуда цилиндрической формы, по всему объему которой имеются каналы ввода газифицирующего агента, нижняя часть газификационной печи соединена с конусообразной колосниковой решеткой и системой золоудаления, газификационная печь совмещена с газовой камерой сгорания, по периметру нижней части которой выполнена металлическая сетка с нанесенным на нее катализатором, за металлической сеткой расположены кислородно-водородный топливный элемент и воздушная камера, в верхней части корпуса на выходе дымовых газов предусмотрены теплообменник и дымовая труба.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013143097/05A RU2540647C1 (ru) | 2013-09-23 | 2013-09-23 | Когенерационная энергоустановка с топливным элементом на основе внутрицикловой конверсии органического сырья |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013143097/05A RU2540647C1 (ru) | 2013-09-23 | 2013-09-23 | Когенерационная энергоустановка с топливным элементом на основе внутрицикловой конверсии органического сырья |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2540647C1 true RU2540647C1 (ru) | 2015-02-10 |
Family
ID=53286912
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013143097/05A RU2540647C1 (ru) | 2013-09-23 | 2013-09-23 | Когенерационная энергоустановка с топливным элементом на основе внутрицикловой конверсии органического сырья |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2540647C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2648932C2 (ru) * | 2016-02-25 | 2018-03-28 | Сергей Геннадьевич Баякин | Газификатор твердого топлива с когенерацией тепловой и электрической энергий |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1280000A1 (ru) * | 1984-04-03 | 1986-12-30 | Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им.С.М.Кирова | Реактор дл газификации твердого топлива |
| US6112677A (en) * | 1996-03-07 | 2000-09-05 | Sevar Entsorgungsanlagen Gmbh | Down-draft fixed bed gasifier system and use thereof |
| FR2844804A1 (fr) * | 2002-09-25 | 2004-03-26 | Litelis | Procede et installation de valorisation de sous-produits a base de matieres organiques |
| RU2270849C2 (ru) * | 1998-11-05 | 2006-02-27 | Ибара Корпорейшн | Система, вырабатывающая электрическую энергию с помощью газификации горючих веществ |
-
2013
- 2013-09-23 RU RU2013143097/05A patent/RU2540647C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1280000A1 (ru) * | 1984-04-03 | 1986-12-30 | Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им.С.М.Кирова | Реактор дл газификации твердого топлива |
| US6112677A (en) * | 1996-03-07 | 2000-09-05 | Sevar Entsorgungsanlagen Gmbh | Down-draft fixed bed gasifier system and use thereof |
| RU2270849C2 (ru) * | 1998-11-05 | 2006-02-27 | Ибара Корпорейшн | Система, вырабатывающая электрическую энергию с помощью газификации горючих веществ |
| FR2844804A1 (fr) * | 2002-09-25 | 2004-03-26 | Litelis | Procede et installation de valorisation de sous-produits a base de matieres organiques |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2648932C2 (ru) * | 2016-02-25 | 2018-03-28 | Сергей Геннадьевич Баякин | Газификатор твердого топлива с когенерацией тепловой и электрической энергий |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2013113114A (ru) | Система и способ генерации энергии | |
| RU2001115091A (ru) | Система, вырабатывающая электрическую энергию с помощью газификации горючих веществ | |
| CN112811983B (zh) | 一种利用锅炉含硫烟气制甲醇的系统和方法 | |
| CN111200138B (zh) | 一种基于燃料电池联合发电的弛放气利用系统及方法 | |
| RU2553289C2 (ru) | Способ и система для получения источника энергии в термодинамическом цикле конверсией со2 из сырьевых материалов, содержащих углерод | |
| JP7089809B2 (ja) | 多段式水素発生方法 | |
| CN115264507A (zh) | 一种煤矿乏风掺混煤粉蓄热氧化利用系统及方法 | |
| CN113237060A (zh) | 一种适用于现役燃煤火电锅炉氢燃料零碳排放改造系统 | |
| JP6642924B2 (ja) | 水素ステーションシステム | |
| RU2540647C1 (ru) | Когенерационная энергоустановка с топливным элементом на основе внутрицикловой конверсии органического сырья | |
| CN201851184U (zh) | 炼焦炉余热发电系统 | |
| CN204702703U (zh) | 一种生物质能高温常压气化联合循环发电系统 | |
| RU2387847C1 (ru) | Парогазовая установка с пиролизом угля | |
| KR20110003093U (ko) | 건조된 음식물쓰레기 및 기타 생물질을 이용하여 발전하는 방법 | |
| RU2303192C1 (ru) | Комплекс газотеплоэлектрогенераторный | |
| CN201962258U (zh) | 再生能源发电系统 | |
| RU70963U1 (ru) | Энергоустановка | |
| WO2013005699A1 (ja) | 発電装置および発電方法 | |
| RU144013U1 (ru) | Автономная когенерационная установка с внутрицикловым пиролизом твердого углеродсодержащего топлива | |
| JP2011236394A (ja) | 木質ガス発生炉 | |
| JP2022001644A (ja) | 水素ガス発電 | |
| RU2487158C2 (ru) | Способ использования угля в парогазовой установке на основе процесса пиролиза | |
| JP6229115B2 (ja) | 発電装置および発電方法 | |
| CN204085148U (zh) | 煤气化与热处理一体炉 | |
| RU2826848C1 (ru) | Способ выработки электрической энергии в газовой турбине на основе использования продуктов газификации твердого топлива |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150924 |