После дробления  и подсушки сухой уголь поступает  в бункер газогенератора , откуда шнеком он подается в низ шахты газогенератора . Дутье (кислород , воздух) и пар подаются  через водо-охлаждаемые фурмы газогенератора , расположенные под колосниковой  решеткой . Это дутье и создает «кипящий» слой угля , который занимает 1/3 объема газогенератора .

Несколько выше «кипящего» слоя топлива подается вторичное  дутье для газификации уносимой в верх газогенератора дисперсной угольной пыли . Температура газификации держится в пределах 850-1100 ‘С в зависимости  от температуры плавления золы топлива во избежание ее расплавления . Чтобы повысить температуру  в газогенераторном  процессе  и избежать расплавления золы топлива , в уголь , поступающий в газогенератор , добавляют кальцинированную (обожженную) известь .Повышение температуры увеличивает скорость процесса газификации топлива , способствует его полноте . В верхней части шахты газогенератора установлен котел-нтилизатор для подогрева воды  и  получения пара , используемого в процессе . Известь , вводимая в процесс может также служить для удаления серы из получаемого газа .

После грубой очистки полученного газа от топливной пыли , уносимой из газогенератора потоком газа , в циклоне газ поступает для тонкой очистки от летучей золы в мультициклон .Далее его очищают от летучей золы в электрофильтрах и в скрубберах с водной промывкой газа. Давление в процессе несколько выше нормального ,что необходимо для преодоления сопротивления системы . Температура получаемого пара - 350-500 ‘C , он может быть использован в другом процессе .

2. Газогенератор с аэрозольным потоком топлива .Газификация в аэрозольном потоке топлива  (газогенератор типа Копперса -  Тотцека)  разрабатывается  с 1938 г. В 1948 г. был  сооружен демонстрационный газогенератор для газификации угольной пыли  по этому методу  , а первый промышленный газогенератор был введен в эксплуатацию в

      1950 г. Газогенераторы подобного типа - это первая попытка создать универсальный газогенераторный  процесс для газификации твердого топлива любого типа , от молодых бурых углей до каменных углей и антрацитовой пыли . В таком газогенераторе можно газифицировать также тяжелые нефтяные остатки нефтяной кокс .

          

       Подготовка угля к процессу  заключается в его измельчении  до пылевидного состояния (размер  частиц - до 0,1 мм)  и сушке (до 8% влажности) . Угольная пыль пневматически  с помощью азота транспортируется  в угольный бункер , откуда шнеками подводится к смесительным головкам горелочных устройств и далее парокислородной смесью инжектируется в газогенератор . Парокислородные горелки для вдувания угольной пыли располагают друг против друга , поэтому в газогенераторе создается турбулентный слой встречных перекрещивающихся потоков взвешенного в парогазовом слое твердого топлива . В этом турбулентном потоке при температуре 1300-1900 ‘С и происходит безостаточная газификация поступившего в газогенератор топлива . При такой температуре зола топлива плавится и стекает в низ газогенератора , где попадает в водяную баню и гранулируется , а гранулированный шлак удаляется .

 

       Газовый поток поднимается вверх  газогенератора , где расположены  подогреватель воды и паровой  котел . Полученный пар используется в процессе , а газ охлаждается в холодильнике-скуббере , где проходит его частичная очистка от унесенной потоком газа топливной пыли и золы . Тонкая очистка газа от пылевого уноса происходит в дезинграторе и мокром (орошаемом водой) электрофильтре . Сухой чистый газ подается потребителю для использования .

            

     Процесс газификации топливной  частицы в газогенераторе длится  меньше секунды .        После очистки полученного газа  от сероводорода , диоксида углерода  из системы выдается чистый технологический газ , который может быть использован в химической технологии .

     

     Две или четыре горелки , расположенные  друг против друга , гарантирует  воспламенение топливной смеси  и безопасность процесса в  целом . Интенсивность процесса при высокой температуре так высока , что в небольшом по объему газогенераторе можно получать

     50 000 м3/ч  и перерабатывать за  сутки 750-850 т угольной пыли .

                                       

                               Аллотермические процессы  

1. Газификация угля с использованием тепла атомного реактора. Чтобы получить высококалорийный безазотистый газ из угля без затрат  углерода газифицируемого топлива на подогрев газифицируемой смеси до высокой температуры , используют аллотермические процессы .

      

       

     Тепло для процесса газификации  может быть проведено разными  методами ,например за счет подогрева  теплоносителя теплом атомного  реактора . Теплоносителем в  процессе  может служить гелий .

 

     Теплоноситель подогревается в атомном реакторе до температуры 850-950 ‘C .Подогретый гелий ( первый гелиевый контур ) направляют в другой теплообменный аппарат , где также циркулирует гелий ( второй гелиевый контур ). Во втором гелиевом контуре нагретый гелий используется в газогенераторе для газификации угля .

 

     Уголь, прежде чем поступить  в газогенератор для газификации  водяным паром , проходит через  газогенератор для низкотемпературной  газификации угля ( швелевания ), где  из него отгоняются летучие  компоненты . Получено в результате швелевания богатый (высококалорийный) газ , содержащий кроме СО и Н2 метан и другие углеводороды ,после его очистки от пыли , смолы , газовой воды присоединяется к газогенераторному газу поступающему из газогенератора , прошедшему пылеочистку  и отдавшему свое  тепло в котле - утилизаторе .

 

     Далее идет очистка газа от  диоксида углерода и сероводорода , и полученный газ , содержащий  СО и Н2 ( синтез-газ ) , передается  для технологического использования  . Если требуется обогатить газ метаном , его направляют в метанатор , где протекает реакция гидрирования СО  водородом до метана с образованием воды . После отделения воды полученный синтетический природный газ используют в качестве топлива .

 

2. Газификация топливной пыли с  использованием низкотемпературной плазмы .В ряде случаев требуется получить из угля сразу газ с высоким содержанием СО и Н2 и малым содержанием  диоксида углерода , метана и азота . Этот газ можно получить при очень высокой температуре газификации , порядка 3 000- 3 500 ‘C. Такая температура может быть достигнута в низкотемпературной электрической плазме . При этом исключается влияние источника тепла на состав получаемого газа . Значительно возрастает интенсивность процесса . Он примерно в 10 раз интенсивнее топочных процессов (циклонные топки с жидким шлакоудалением ) . Водяной пар в этом процессе используется в качестве плазмообразующего газа , что исключает забалластирования  конечного газа инертным азотом .

 

     В плазмотронах  водяной пар  нагревают с помощью электрического разряда до плазменного состояния и при температуре порядка 3 000 - 4 000 ‘C его подают в газогенератор . Сюда же например потоком кислорода , подают угольную пыль , которая , попадая в плазму взаимодействует с водяным паром и кислородом . Полученный синтоз-газ подают в камеру охлаждения и очистки газа от зольных частиц . В процессе отсутствуют потери углерода с уносом и шлаком происходит полная стехиометрическое превращение углерода топлива .

 

     Типичные составы газов полученных  в автотермических и аллотермических  процессах , приведены в таблице .

                                       

                               Наименование процесса                             Состав конечного газа, % объемный

                                                                                                СО2        СО        Н2       СН4        N2

Автотермические процессы

Газификация мелкозернистого топлива в «кипящем»  слое       19,0        38,0       40,0       2,0        1,0                                     

(газогенератор  Винклера, парокислородный  процесс)

 

Газификация пылевидного топлива в аэрозольном  потоке

(газогенератор  Копперса-Тотцека, парокислородный  про-        12,0        56,0       29,4       0,6        2,0                    

цесс)

 

Аллотермические процессы

Газификация с использованием атомного тепла                         0,9         4,3        62,9       31,9       ---                            

(гелиевый  теплоноситель, гидрирующая  газификация)

 

Газификация пылевидного топлива в плазме водяного               1,5         41,8       64,6       0,1       2,0                                        

пара

 

                                                                                                

                                   Парогазовый цикл

Любая технология развивается , имеет какую-то незавершенность , подвержена постоянным изменениям . Она  несет в себе элементы прошлого , которые не соответствуют современным  экологическим нормам , предъявляемым  к технологическим процессам . Проанализируем работу современной тепловой электростанции ( ТЭС ) , работающей на твердом топливе . Такие электростанции жизненно необходимы , без них нет промышленности , они вырабатывают электроэнергию для транспорта , предприятий торговли , быта , но они , безусловно , вредны в экологическом плане , так как выбрасывают в окружающее пространство вещества , наносящие вред здоровью людей и ущерб окружающей среде . Из дымовых труб ТЭС выбрасываются миллионы тон золы , сажи , оксидов серы , азота . Взаимодействуя с влагой воздуха , эти выбросы порождают кислотные дожди , которые наносят вред флоре и фауне Земли . Они отравляют водоемы , разрушают сооружения и памятники культуры . Это бедствие современной цивилизации. Ученые считают ,что сравнительная оценка ущерба ,наносимого здоровью человека работой ТЭС на угле и атомной электростанции ,в расчете на одинаковую выработку электроэнергии в год , дает преимущество ядерному циклу по меньшей мере в 100 раз .

 

Можно ли создать  и создается ли такая технология использования твердого топлива в энергетике , которая бы была экологически более приемлемой , чем на современной ТЭС? Да , такая технология разработана , и она входит в современную энергетическую технику под названием комбинированного парогазового цикла .

 

Она связана  в первую очередь с очисткой дымовых  газов ТЭС , выбрасываемых в атмосферу , от летучей золы , сажи , оксидов  серы , канцерогенных веществ . Сера в результате из вредного выброса  превращается в полезный продукт . Растет энергетический КПД ТЭС . Снижается стоимость получаемой электроэнергии .

 

Рассмотрим  принципиальную схему такого комбинированного процесса ( совмещения газогенераторного  процесса с процессом получения  электроэнергии ) . Газ паровоздушной  газификации твердого топлива (угольной пыли ) , полученный в газогенераторе , работающем под давлением , очищают от золы , сернистых соединений , сажи , канцерогенных веществ и сжигают под котлом для получения пара высокого давления . Этот пар , как и обычно , используется в паровой турбине , связанной с генератором для получения электроэнергии , направляемой в сеть . Горячие отходящие газы , покидающие паровой котел при температуре порядка 800-900 ‘С , поступают в газовую турбину , которая , в свою очередь , связана с электрогенератором .

 

Новая технология действует сразу в трех направлениях: ресурсосбережения , энергосбережения , экологической защиты . Но для обеспечения процесса необходимы  добыча угля , его перевозка , перегрузка , подача в топку или газогенератор ; остается на земле зола топлива , которое может содержать радиоактивные элементы . Здесь требуется новый шаг в технологии использования угля .

                                Подземная газификация угля

  Отметим тот установленный факт , что выбросы тепловых электростанции , использующих уголь , могут содержать естественные радионуклиды элементов . Эти радиоактивные элементы есть и в золе , выбрасываемой через трубы вместе с дымовыми газами . Если дымовые газы очищать от золы с эффективностью даже 98,5% , что имеет место лишь на некоторых наиболее современных ТЭС  и является очень дорогостоящим процессом , то и в этом случае доза облучения , обусловленная естественными радионуклидами в выбросах тепловых электростанций , превысит аналогичную дозу , полученную населением , живущим вблизи АЭС аналогичной мощности , в 5 и даже в 40 раз .