Парогазовая установка с внутрицикловой газификацией (, 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 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 % (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 счёт 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 твёрдых частиц. После выхода из газогенератора из синтез-газа удаляются соединения серы, аммиак, тяжёлые 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 — более дешёвое и эффективное решение для устранения загрязнений в IGCC, чем 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 4 станции с использованием IGCC на угле: Wabash River Power Station в Вест Тере Оуте, Инидана; Polk Power Station в Тампе, Флорида (запущена в 1996), Pinon Pine в Рено, Невада, и Kemper Project в штате Миссисипи. Другие работающие установки IGCC на угле есть в Александере (бывший Буггенум) в Нидерландах, Пуэртольяно в Испании и в JGC в Японии.

В Италии построено 4 установки IGCC на остаточных продуктах нефтепереработки: мощностью 512 МВт на НПЗ ISAB в г. Приоло (о. Сицилия)ISAB Energy IGCC Plant, Italy ISAB Energy IGCC Plant, Italy, мощностью 575 МВт на НПЗ Саррок (о. Сардиния)http://www.saras.it/saras/pages/inthefield/assets/powergeneration Описание установки на сайте компании Saras, мощностью 280 МВт на НПЗ Фальконараhttp://www.apioil.com/eng/igcc.asp Описание установки на сайте компании API и мощностью 250 МВт на НПЗ Сан-Надзароhttp://business.highbeam.com/4364/article-1G1-133979100/italy-fourth-igcc-uses-shell-process-sannazzaro-plant Italy’s fourth IGCC uses Shell process: the Sannazzaro plant is scheduled to enter operation later this year, confirming Italy’s position as the European leader in the application of IGCC technology

Примечания

Ссылки Integrated Gasification Combined Cycle Ola Maurstad «An Overview of Coal based Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC) Technology» Clean Coal Technology & The Clean Coal Power Initiative

Категория:Теплотехника Категория:Паровая машина Категория:Реактивные двигатели Категория:Термодинамика Категория:Газовые турбины