газогенератор

Формула изобретения

Газогенератор содержит камеру горения с зоной сушки и пирогенетического разложения, с зонами сгорания смол, регенерации и очистки генераторного газа, газоходы водяного котла, камеру парогенерации, камеру подогрева и подачи воздуха, отличающийся тем, что газогенератор дополнительно снабжен сепаратором-дымососом, охладителем-стабилизатором газа и камерой подогрева генераторного газа, которые присоединены последовательно между зоной отбора генераторного газа и камерой горения, камера парогенерации соединена с выходом зоны очистки генераторного газа, с входом зоны регенерации и через камеру подогрева атмосферного воздуха - с камерой горения.

Описание изобретения к патенту

Газогенератор относится к энерготехнологическому оборудованию и может быть использован для получения энергоносителей с помощью горючего генераторного газа из битуминозных (смолистых) топлив, древесных чурок, торфа, различных марок угля, горючих сланцев, органических отходов различных производств, в том числе животноводческих комплексов, брикетированных осадков очистных сооружений, твердых бытовых отходов, медицинских отходов и других.

Известно изобретение «Газогенераторная установка» по патенту RU 2263249, от 24.12.2003, дата публикации 27.10.2005, МПК 7 F23B 1/14.

Изобретение относится к энергетике и, в частности, к газогенераторным установкам. Газогенераторная установка содержит газогенераторную топку, связанную газоходной трубой с теплообменником. Топка образована вертикальным корпусом шахтного типа, имеющим нижнюю секцию, ограничивающую зону горения и газификации, среднюю секцию, ограничивающую зону пиролиза, и верхнюю секцию, ограничивающую зону подсушки топлива и имеющую бункер для загрузки топлива.

В состав газогенераторной установки входит фильтр для отделения грязевых частиц от генераторного газа, устройство для подачи вторичного воздуха для сжигания генераторного газа перед теплообменником, при этом промежуточная секция газоходной трубы выполнена с водяной рубашкой, связанной подводящей магистралью с полостью водяной рубашки верхней секции, что обеспечивает повышение эффективности очистки генераторного газа.

В процессе горения в установках такого типа, как правило, образуется неразрушаемый купол из непрогоревшего топлива, что прерывает процесс газификации и не позволяет закончить цикл.

Предлагаемая конструкция газогенератора позволяет хорошо нагреть атмосферный воздух, подаваемый в зону горения с замедлением, за счет отбора тепла в зоне горения и зоне регенерации, снижая этим температуру в этих зонах и, как следствие, снижая КПД или коэффициент газификации.

Известна «Установка для получения генераторного газа из вторичного древесного или растительного сырья» по патенту RU 2081894, C10J 3/20, от 26.05.1993, опубл. 20.06.1997, предназначенная для получения генераторного газа путем газификации вторичного древесного или растительного сырья.

Для достижении указанного технического результата установка для получения генераторного газа из вторичного древесного или растительного сырья, содержащая газогенератор, включающий камеру газификации из огнеупорного кирпича, отходящий от нее вверх металлический бункер с люком для загрузки сырья, люк для розжига сырья, отделенный от камеры газификации колосниковой решеткой зольник с люком для удаления шлака и теплоизоляцию вокруг камеры газификации и бункера из огнеупорного кирпича с газоходами, центробежный вентилятор для подачи атмосферного воздуха, воздухоподводящие и газоотводящие трубы, связанный с последними воздушный теплообменник и циклон, снабжена расположенными в бункере и закрепленными нижними концами в стенке камеры газификации вертикальными трубами для отвода паров воды из бункера в камеру газификации и для подачи по ним воды для удаления шлака, расположенными между теплообменником и циклоном водяным холодильником и смолосборником и расположенной над бункером водопроводной трубой, имеющей отводы для подачи воды и вертикальные трубы и связанной с рубашкой водяного холодильника, а теплоизоляция вокруг камеры газификации и бункера выполнена с двойными металлическими стенками и дополнительными газоходами между ними для прохода воздуха из рубашки воздушного теплообменника в камеру газификации.

Данная установка работает в периодическом режиме по циклу «загрузка порции топлива - переработка - получение порции генераторного газа - выгрузка зольного остатка». Периодичность работы установки и ее производительность зависит от площади поперечного сечения в зоне горения и объема топливной камеры.

В данной установке наддув воздуха производят принудительно вентилятором, что приводит к расширению зоны горения и увеличению объема выработки генераторного газа, что приводит к повышению давления в газогенераторе и взрыво-пожарной опасности, и выбросу генераторного газа в атмосферу, что ухудшает санитарно-экологические нормы.

Очистка газа водой и твердыми фильтрующими элементами увеличивает газодинамические потери, это препятствует выходу всего выработанного генераторного газа, снижает производительность установки, повышает взрыво- и пожароопасность установки и препятствует применению выработанного газа даже в газовых горелках из-за недостаточной степени очистки от твердых и смолистых веществ.

Известно, что максимальный коэффициент газификации получают при температуре в зоне регенерации 1100°С. При уменьшении температур в этих зонах коэффициент газификации становится минимальным.

Пластины, расположенные в рубашке охлаждения воздуха, замедляют протекание воздуха и по своему расположению заставляют воздух завихряться. В этом случае возникают большие газодинамические потери и расчетное количество воздуха, необходимое для процесса горения, уменьшается, что приводит к неполной газификации топлива и большому количеству непрогоревшего топлива, также снижая КПД установки.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является изобретение «Энерготехнологическая установка с газогенератором и газогенератор для газификации органосодержащих отходов» по патенту RU 2123635, от 08.05.1997, опубл. 20.12.1998, МПК 6 F22B 33/18, C10J 3/86, содержащая газогенератор, котел с топочной камерой, трубопровод подачи генераторного газа из газогенератора к горелке топочной камеры котла, воздухопроводы подачи воздуха в камеру газификации и в топочную камеру, трубопровод подачи водяного пара в газогенератор. Трубопровод подачи генераторного газа снабжен клапаном-отсекателем и подсоединен к трубопроводу подачи водяного пара дополнительным трубопроводом. Газогенератор содержит герметичный корпус, патрубок отвода генераторного газа, узел загрузки топлива. Узел загрузки включает приемный бункер и винтовой подающий питатель с приводом.

Изобретение предназначено для газификации сельскохозяйственных отходов с последующим сжиганием полученного генераторного газа в котельных установках. Устройство позволяет более эффективно использовать процесс термической переработки растительной биомассы в газообразное топливо и обеспечивает надежную работу газогенератора в составе энерготехнологической установки.

Данное техническое решение предполагает выработку газообразного топлива с последующим его сжиганием в топках котельных. КПД таких установок не превышает 35%.

Задачей предлагаемого технического решения является создание газогенератора непрерывного действия, вырабатывающего кроме генераторного газа для работы электростанции и жидкое топливо, а также горячую воду, с КПД не ниже 87%.

Поставленная задача решена за счет того, что газогенератор содержит камеру горения с зоной сушки и пирогенетического разложения, с зонами сгорания смол, регенерации и очистки генераторного газа, газоходы водяного котла, камеру парогенерации, камеру подогрева и подачи воздуха, при этом газогенератор дополнительно снабжен сепаратором-дымососом, охладителем-стабилизатором газа и камерой подогрева генераторного газа, которые присоединены последовательно между зоной отбора генераторного газа и камерой горения; камера парогенерации соединена с выходом зоны очистки генераторного газа, с входом зоны регенерации и через камеру подогрева атмосферного воздуха с камерой горения.

Соединение камеры парогенерации с выходом зоны очистки генераторного газа, с входом зоны регенерации, с камерой подогрева и подачи воздуха и через камеру подогрева атмосферного воздуха с камерой горения позволяет нагреть за счет утилизации физического тепла генераторного газа атмосферный воздух для подачи в зону горения и создать пар для подачи в зону регенерации, что повышает КПД газогенератора.

Размещение непосредственно под водяным котлом дополнительной зоны очистки генераторного газа позволяет очищать поступающий из зоны регенерации газ до подачи в газоходы водяного котла, что продляет межремонтный период работы котла.

Соединение водяного котла и дополнительной зоны очистки генераторного газа за счет подачи холодной воды, преимущественно конденсата, в виде дистиллированной воды в котел позволяет, с одной стороны, остудить генераторный газ до необходимой температуры перед подачей в сепаратор-дымосос на дальнейшую очистку от смолистых веществ, с другой стороны, нагреть воду до 90°С, которая поступает потребителю.

Размещение перед зоной регенерации зоны сгорания смол позволяет создать оптимальный скоростной и температурный режим для наибольшего сгорания смол в этой зоне и обеспечивает основную очистку генераторного газа от смол перед подачей его в зону регенерации, куда газ поступает с минимальным остаточным содержанием смол.

Это спасает водяной котел от засмоливания труб и позволяет увеличить межремонтный период при эксплуатации.

Подача обратного генераторного газа в зону горения для поддержания в автоматическом режиме температуры горения и его подогрев в камере подогрева генераторного газа дает возможность поддерживать оптимальную температуру в зоне горения и позволяет получать генераторный газ однородным по химическому составу с максимальным коэффициентом газификации, т.е. получать максимальное КПД газификации до 87%.

Снабжение газогенератора дополнительным сепаратором-дымососом, который присоединен последовательно между зоной отбора генераторного газа и стабилизатором-охладителем, позволяет создавать тягу, которая обеспечивает разряжение в расположенных в газогенераторе последовательно камер и зон, всасывание атмосферного воздуха в зону горения, протягивание инертных газов через регенерирующий слой, обеспечивая регенерацию газа, а также отбор газа после очистки в камере очистки и охлаждения в водяном котле.

Кроме создания тяги во всей системе газогенератора сепаратор-дымосос обеспечивает сепарацию отобранного генераторного газа от остатка смол в виде жидкого топлива и создание компрессии для подачи в стабилизатор-охладитель и через него потребителю.

Наличие в схеме стабилизатора-охладителя позволяет остудить газ с осаждением водяного конденсата, который используется в виде охладителя, как в самом стабилизаторе-охладителе, так и в водяном котле до температуры, необходимой для подачи потребителю.

Подача конденсата в виде охлажденной дистиллированной воды в водяной котел газогенератора позволяет использовать внешний источник холодной воды только при запуске комплекса в работу, а потом работать по замкнутому циклу, при этом для труб котла и всего комплекса не надо применять смягчающие химические реагенты, что приводит тоже к увеличению межремонтного периода.

Газогенератор имеет автоматизированное загрузочное устройство, что позволяет газогенератору работать в непрерывном режиме.

Благодаря оснащению газогенератора дополнительно дымососом-сепаратором и создаваемому им разряжению в газогенераторе и всасыванию атмосферного воздуха в зону горения конструкция обеспечивает взрыво- и пожаробезопасность при эксплуатации.

Расположение водяного котла между дополнительной зоной очистки генераторного газа и зоной отбора генераторного газа и подача холодной воды в межтрубное пространство позволяет, с одной стороны, остудить генераторный газ до необходимой температуры перед подачей потребителю, и с другой стороны, нагреть воду до 90°С за счет утилизации тепла остужаемого генераторного газа, и подать потребителю, что значительно повышает КПД установки.

Наличие камеры парогенерации, соединенной с зоной регенерации, дает возможность получения наиболее калорийного водяного газа в этой зоне, что повышает теплотворную способность генераторного газа.

Наличие камеры подогрева атмосферного воздуха дает возможность подавать подогретый воздух в камеру горения за счет утилизации физического тепла, что дает возможность не тратить тепловой энергии камеры горения.

На чертеже дана блок-схема газогенератора, где зона 1 сушки и пирогенетического разложения, камера 2 горения, зона 3 сгорания смол, зона 4 регенерации, зона 5 очистки генераторного газа, водяной котел 6, потребитель 7 горячей воды, зона 8 отбора генераторного газа, сепаратор-дымосос 9, охладитель-стабилизатор газа 10, камера 11 подогрева генераторного газа, камера 12 подогрева атмосферного воздуха, атмосферный воздух 13, камера 14 парогенерации, холодная вода 15, потребитель газа 16, сборник дистиллированной воды 17, потребитель дистиллированной воды 18, автоматическое загрузочное устройство 19, сборник жидкого топлива 20, потребитель жидкого топлива 21.

Газогенератор выполнен следующим образом.

Генератор содержит последовательно соединенные зону 1 сушки и пирогенетического разложения с автоматическим загрузочным устройством 19, камеру 2 горения, зону 3 сгорания смол, зону 4 регенерации, зону 5 очистки генераторного газа, водяной котел 6, с потребителем 7 горячей воды, зону 8 отбора генераторного газа со сборником жидкого топлива 20, сепаратор-дымосос 9, охладитель-стабилизатор газа 10 и камеру 11 подогрева генераторного газа, соединенную с камерой горения 2.

Атмосферный воздух 13 через камеру 12 подогрева атмосферного воздуха соединен с камерой горения 2.

Камера парогенерации 14 соединена с выходом зоны 5 очистки генераторного газа и с входом зоны 4 регенерации и через вход камеры 12 подогрева атмосферного воздуха с камерой 2 горения.

Холодная вода 15 соединена с входом охладителя газа 10, с выходом сборника дистиллированной воды 17, соединенной с потребителем 18, с камерой 14 парогенерации и с водяным котлом 6. Выход охладителя-стабилизатора газа 10 соединен с потребителем 16 газа и через камеру 11 подогрева генераторного газа с камерой 2 горения.

Газогенератор работает следующим образом.

Топливо через автоматическое загрузочное устройство 19 попадает в зону 1 сушки и пирогенетического разложения, постепенно передвигаясь в камеру 2 горения, где и происходит химико-термическое разложение топлива на газовые составляющие при недостаточном окислении кислородом атмосферного воздуха 13, который дозировано подают через камеру 12 подогрева воздуха в камеру 2 горения.

При этом в соединенной с выходом зоны 5 очистки генераторного газа камере 14 парогенерации происходит образование пара из воды, поступающей от сборника 17 дистиллированной воды, который подают на вход зоны 4 регенерации и далее через камеру 12 подогрева атмосферного воздуха в камеру 2 горения, что позволяет нагреть за счет утилизации физического тепла генераторного газа атмосферный воздух 13 для подачи в зону горения и создать пар для подачи в зону 4 регенерации, что повышает КПД газогенератора.

Топливо 19, не вступившее в камере 2 горения в реакцию с кислородом воздуха 13, и топливо, перешедшее в газовую инертную составляющую, проходят через зону 3 сгорания смол с заданным соотношением площади сужения к площади камеры горения, что позволяет создать оптимальный скоростной и температурный режим для наибольшего сгорания смол в этой зоне, и попадают в зону 4 регенерации, где несгоревшее топливо выступает в роли реагента, который вступает в химическую реакцию с инертным газом и превращается в горючую газовую составляющую. При этом остается несгораемых отходов 2-6% в отличие от аналогов, где этот остаток составляет до 60%.

Далее горючий газ попадает в зону 5 очистки генераторного газа, где очищается от механических примесей, нагревая собой поступающую от сборника 17 дистиллированной воды воду в камере 14 парогенерации до образования пара, который подается в зону 4 регенерации для протекании реакции водяного пара.

Очищенный генераторный газ сепаратором-дымососом 9 через зону 8 отбора генераторного газа протягивается через водяной котел 6, где, отдавая свое физическое тепло, нагревает холодную воду до 90°С. Газ, попадая в сепаратор-дымосос 9, очищается от остатков смолистых веществ, которые поступают в сборник 20 жидкого топлива, попадает в охладитель-стабилизатор 10, где стабилизируется по своим газодинамическим параметрам, охлаждается с выделением конденсата, который отводится в сборник дистиллированной воды 17, откуда вода подается в камеру 14 парогенерации, в водяной котел 6 и потребителю 18. Далее генераторный газ подается потребителю 16 и в камеру подогрева генераторного газа 11, откуда попадает в камеру горения 2.

Техническим результатом предложенного решения является создание газогенератора, создающего энергоносители в виде генераторного газа для работы электростанции, жидкого топлива и горячей воды, за счет рационального использования тепла, вырабатываемого при сжигании топлива, с КПД не ниже 87%.