Instalatie de gazificare cu ciclu combinat

O centrală de gazeificare cu ciclu combinat ( IGCC ) este un detaliu al unei centrale termoelectrice cu ciclu combinat . Aceste plante se disting de celelalte prin prezența unei instalații de gazificare pentru un combustibil solid , de obicei deșeuri de rafinărie , cum ar fi uzina Sarroch ^[1] , sau cărbune , a cărui syngas este alimentat ulterior la ciclul combinat.

Acest tip de centrală are un număr mare de variante datorită diferitelor componente prezente în sistem.

Operațiune

Combustibilul este introdus inițial într-un gazificator, în care este transformat într-un gaz de sinteză compus în principal din hidrogen și monoxid de carbon. Compoziția gazului poate fi ajustată prin controlul reacției de deplasare a gazului de apă .

Practica eliminării poluanților direct din gaz este foarte răspândită, având în vedere diluarea mai mică a acestora. Gazul este apoi adăugat cu azot și vapori de apă pentru a reduce temperatura flăcării și, prin urmare, pentru a controla formarea oxizilor de azot și stresul termic excesiv al combustorului. ^[2]

În acest moment, acesta este adus la arzătorul unui turbogaz unde este ars, din căldura acestei operații de ardere este ulterior extrasă atât din turbogaz, cât și dintr-un ciclu de abur supus acestuia, așa cum se practică pentru toate ciclurile combinate. De multe ori posttratarea gazelor arse nu este necesară sau, în orice caz, considerabil redusă, având în vedere absența contaminanților. ^[3]

Componentele principale

Acest tip de plantă are un număr mare de variante, unele componente sunt, prin urmare, prezente doar în anumite configurații de plante

Procesul de gazeificare

Gazificatorul este una dintre componentele principale ale acestui tip de instalație și este prezent în oricare dintre variantele sale.

Sarcina sa principală este transformarea combustibililor solizi în combustibili gazoși, dacă este posibil sub presiune, prin două reacții chimice principale, în special cea a lui Boudouard și cea a gazificării , și eliberarea de substanțe volatile prezente posibil în combustibilul însuși. Apare adesea o reacție de deplasare a apei gazoase (WGS) și o reacție de metanare care echilibrează compoziția gazului de sinteză. În cele din urmă, o parte din combustibil este complet oxidată pentru a furniza căldura necesară reacțiilor anterioare.

Alegerea tipului de gazificator este crucială pentru a defini partea rămasă a sistemului, în special putem observa două variabile principale: numărul de etape și modul în care este alimentat combustibilul. De fapt, un gazificator în mai multe etape permite reducerea considerabilă a aportului de oxigen, eventual și utilizarea aerului ușor îmbogățit. În ceea ce privește combustibilul, există două soluții: alimentarea uscată, care implică introducerea combustibilului printr-un sistem discontinuu, presurizarea recipientelor de combustibil cu azot sau prin alimentarea cu nămol , unde presurizarea se obține printr-un sistem special de pompare.

Răcire și purificare

În aval de procesul de gazeificare există întotdeauna un proces care răcește gazele la temperaturi mai tolerabile de către plantă și care elimină unii dintre cei mai poluanți compuși.

Există trei soluții principale pentru răcirea gazului: stingerea gazului, răcitorul syngas și stingerea completă a apei. Gazul de stingere implică o recirculare a syngasului ușor răcit într-un schimbător convectiv și purificat din cenușa mai grosieră, care răcește gazul înainte de a intra în schimbătorul convectiv însuși. Răcitorul syngas include un schimbător radiativ pentru a răci gazul înainte de a intra în seria schimbătorilor convectivi. Stingerea completă a apei implică o clocotire a syngas-ului în apă, umezind-o și răcind-o.

Purificarea syngas-ului este legată în principal de reducerea cenușei din gazificare și compuși ai sulfului, de asemenea, este posibilă reducerea altor poluanți ( NOx , metale grele etc.) cu relativă ușurință. În această secțiune este, de asemenea, posibil să se efectueze îndepărtarea și captarea dioxidului de carbon, presupunând evident că se introduc o serie de reactoare WGS pentru a transfera energia chimică din monoxidul de carbon în hidrogen prin transformarea CO în dioxid de carbon, purificări mai amănunțite. evitate având în vedere costul ridicat și reducerea nu mică a randamentului asociat.

De obicei în aval de acest proces există umidificare și adăugare de azot pentru a încerca să conțină temperaturile flăcării și, prin urmare, formarea de NOx în combustibil. În acest caz, este de fapt imposibil să se utilizeze un combustibil cu flacără premixat, având în vedere instabilitatea unei astfel de flăcări alimentate cu syngas.

Ciclu de putere

Același subiect în detaliu: Centrală termoelectrică cu ciclu combinat .

Ciclul de putere din avalul acestei centrale este dat de un turbogaz cu un combustor modificat corespunzător pentru tipul particular de combustie pe care trebuie să îl efectueze. Turbomachinele, pe de altă parte, sunt de obicei puțin diferite de cele ale unei turbine cu gaz comune, cu excepția modificărilor mici datorită compoziției ușor diferite a gazelor arse.

Ciclul de abur de recuperare nu este substanțial diferit de cel al unui ciclu combinat comun. De fapt, acesta recuperează căldura din gazele arse care părăsesc turbina cu gaz prin bănci speciale de schimbătoare, transferând energia termică către aburul care alimentează apoi o turbină cu abur și ulterior este condensat pentru a fi apoi pompat la intrarea schimbătorilor generatorului. de abur până la recuperare.

Comparativ cu un ciclu de alimentare alimentat cu același combustibil care este alimentat la gazificator, acesta este de obicei un sistem mult mai eficient și are avantajul considerabil de a nu necesita curățarea gazelor de eșapament.

Fracționarea aerului

Același subiect în detaliu: Fracționarea aerului .

Această componentă poate fi mai mult sau mai puțin relevantă în funcție de tipul de gazificator, dar acolo unde este prezentă este o plantă foarte importantă pentru plantă. De fapt, se ocupă de obținerea oxigenului pur necesar gazificării dacă nu este posibil să se utilizeze aerul.

Având în vedere dimensiunile tipice care fac convenabile aceste sisteme, este obișnuit să se utilizeze un sistem de separare a aerului pentru distilare, de asemenea, în acest caz sunt disponibile diverse soluții de sistem, care tind să reducă consumul și să facă separarea mai eficientă. Acest element, atunci când este prezent, este unul dintre cei mai importanți auxiliari din punctul de vedere al producției nete de energie electrică a centralei.

Probleme și avantaje

Aceste plante sunt decisiv complexe și relativ puțin mature, multe dintre dezavantaje trebuie, prin urmare, evaluate corect, având în vedere situația tehnologică actuală.

Probleme

Gazificatorul este un sistem complex și lent în dinamica sa, ceea ce face ca planta să răspundă nevoilor rețelei.
Dacă gazificatorul necesită oxigen pur, pot exista probleme considerabile legate de timpii de pornire a părții de fracționare a aerului
Unitatea turbogaz, dacă nu este reproiectată pentru aplicația specifică, cu greu va putea gestiona perfect tipul particular de combustibil și variația consecventă a caracteristicilor gazelor arse.

Beneficii

Fabrica este capabilă să lucreze cu combustibili care nu ar putea fi tratați cu alte tehnologii, precum rafinarea deșeurilor sau cărbuni deosebit de murdari.
Planta este ușor de adaptat pentru a lucra într-o configurație de captare și sechestrare a carbonului . ^[4]
Centrala are capacitatea de a reduce considerabil emisiile poluante în comparație cu principalele alternative.
Este posibil să se obțină un anumit debit de hidrogen, eventual purificându-l, care este puternic solicitat de plante precum rafinării și petrochimice.