установка для утилизации древесных отходов на базе газогенератора

Формула изобретения

Установка для утилизации древесных отходов на базе газогенератора, содержащая вертикальный корпус, внутри которого установлен расходный бункер с древесным топливом, загрузочный люк для топлива в верхней части корпуса, который связан с системой подачи древесного топлива с помощью шнекового питателя, размещенное в нижней части корпуса топочное устройство с колосниковой решеткой, над которой расположен коллектор с фурами для подачи воздуха в зону горения топочного устройства, между стенками корпуса и расходного бункера газогенератора образована полость, кроме того, установка включает фильтры грубой и тонкой очистки генераторного газа, газовую свечу и смеситель, взаимосвязанные между собой и с полостью между стенками корпуса и расходного бункера магистралями, которые также связывают газогенератор с газодизелем, соединенным с электрогенератором, отличающаяся тем, что установка оборудована автоматизированной системой управления процессом получения генераторного газа и электроэнергии с применением компьютера, связанного, с одной стороны, с аналого-цифровым преобразователем сигналов по контролируемым параметрам установки, а, с другой стороны, связанного с цифроаналоговым преобразователем сигналов, при этом аналого-цифровой преобразователь сигналов связан с преобразователем активной мощности трехфазного тока в цепи электрической нагрузки электрогенератора, соединенного с распределительным электрическим щитом установки, а также аналого-цифровой преобразователь сигналов связан с датчиком частоты вращения коленчатого вала газодизеля, установленным на топливном насосе и с датчиком уровня топлива в расходном бункере газогенератора, а цифроаналоговый преобразователь сигналов связан с тремя адаптерами: первым адаптером, установленным в электроприводе шнекового питателя системы подачи древесного топлива, вторым адаптером, связанным с коллектором с фурами для подачи воздуха в зону горения топочного устройства газогенератора, третьим адаптером, установленным в корпусе смесителя, для управления расходом генераторного газа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для утилизации древесных отходов с помощью газогенератора и может быть использовано для выработки тепловой и электрической энергии.

Известно устройство, содержащее 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 древесного топлива. В состав газогенераторной установки входит фильтр для отделения грязевых частиц от генераторного газа, устройство для сжигания генераторного газа и теплообменник (Патент РФ №2263249, F23B 1/14, от 2003.12.24).

Недостатками такого устройства являются низкая эффективность и отсутствие возможностей получения электрической энергии.

Наиболее близкой к предлагаемому устройству является газогенераторная энергетическая установка, содержащая корпус, внутри которого установлен бункер с древесным топливом, размещенное в нижней части корпуса топочное устройство с колосниковой решеткой, над которой расположен коллектор с фурмами, для подачи воздуха в зону горения топочного устройства, а между корпусом и бункером образована полость, связанная с вертикальным скруббером для очистки топочных газов от смолистых отложений дыма, который связан с вентилятором для розжига газогенератора, соединенным со смесителем, связанным с газодизелем, при этом она снабжена первым и вторым теплообменниками для нагрева в них воды. Скруббер связан с отстойником, из которого выведена магистраль для удаления шлама и магистраль отвода очищенной от шлама воды для направления ее на нейтрализацию (Патент РФ №2280820, F24H 1/00, от 2004.06.10).

Однако известная установка не обладает достаточной эффективностью, вызванной отсутствием автоматического управления работой ее основных конструктивных элементов, особенно при применении ее в реальных условиях эксплуатации, когда количество потребляемой энергии в соответствии с суточным графиком нагрузки изменяется в широком диапазоне, при этом снижаются не только их эффективные показатели, но и нарушается оптимальная настройка их параметров на расчетный режим. Кроме того, в этих условиях качество генераторного газа снижается и режим функционирования газодизеля также нарушается, что ведет к ухудшению экологических показателей.

Техническая задача изобретения - повышение эффективности установки и улучшение ее экологических показателей за счет применения компьютера в комплексе с блоками адаптации для управления и оптимизации параметров в процессе получения генераторного газа и его использования для выработки тепловой и электрической энергии.

Технический результат достигается тем, что в известной установке для утилизации древесных отходов на базе газогенератора, содержащего вертикальный корпус, внутри которого установлен расходный бункер с древесным топливом, загрузочный люк для топлива в верхней части корпуса, который связан с системой подачи древесного топлива с помощью шнекового питателя, размещенное в нижней части корпуса топочное устройство с колосниковой решеткой, над которой расположен коллектор с фурмами для подачи воздуха в зону горения топочного устройства, с полостью между стенками корпуса и расходного бункера газогенератора, включающая кроме того фильтры грубой и тонкой очистки генераторного газа, вентилятор, газовую свечу и смеситель, взаимосвязанные между собой и с полостью между стенками корпуса и расходного бункера магистралями, которые также связывают газогенератор с газодизелем, механически соединенный с электрогенератором, согласно изобретению установка дополнительно оборудована автоматизированной системой управления процессом получения генераторного газа и электроэнергии с применением компьютера, связанного, с одной стороны, с аналого-цифровым преобразователем сигналов по контролируемым параметрам установки, а, с другой стороны, связанного с цифроаналоговым преобразователем сигналов. При этом аналого-цифровой преобразователь сигналов связан с преобразователем активной мощности трехфазного тока в цепи электрической нагрузки электрогенератора, соединенного с распределительным электрическим щитом установки, а также аналого-цифровой преобразователь сигналов связан с датчиком частоты вращения коленчатого вала газодизеля, установленным на топливном насосе, и с датчиком уровня топлива в расходном бункере газогенератора, а цифроаналоговый преобразователь сигналов связан с тремя адаптерами: первым адаптером, установленным в электроприводе шнекового питателя системы подачи древесного топлива, вторым адаптером, связанным с коллектором с фурмами для подачи воздуха в зону горения топочного устройства газогенератора, третьим адаптером, установленным в корпусе смесителя, для управления расходом генераторного газа.

Применения компьютера, который с помощью аналого-цифрового преобразователя принимает и анализирует данные, получаемые по трем потокам информации, получаемым в виде электрических сигналов, позволит оптимизации процесса производства тепловой и электрической энергии на базе газодизеля при минимальном удельном расходе древесного топлива осуществляться. Через систему автоматизации (аналого-цифровой преобразователь, компьютер, цифроаналоговый преобразователь, адаптеры управления) в зависимости от изменения нагрузки электрогенератора, которая изменяется в широком диапазоне в связи с характером изменения потребления энергии (суточным графиком), регулировать подачу генераторного газа в смеситель газодизеля и тем самым поддерживать частоту вращения коленчатого вала постоянной, обеспечивая соответствие изменения нагрузки и расхода генераторного газа в самом оптимальном режиме. При этом повышается качество получаемого генераторного газа, уменьшается его удельный расход, что существенно повышает эффективные показатели газогенераторной энергетической установки

Сущность изобретения поясняется чертежом.

На чертеже - общий вид установки для утилизации древесных отходов на базе газогенератора.

Установка для утилизации древесных отходов содержит вертикальный корпус 1 со слоем теплоизоляции 2. В корпусе 1 размещен расходный бункер 3 с древесным топливом, а в верхней части корпуса 1 расположен загрузочный люк 4 для подачи топлива. В нижней части корпуса 1 размещено топочное устройство 5 с колосниковой решеткой 6. Над колосниковой решеткой расположен коллектор 7 с фурмами для подачи воздуха из атмосферы в зону горения топочного устройства 5. Между стенками корпуса 1 и расходного бункера 3 образована полость А, связанная первой магистралью 8, пропущенной через первый теплообменник 9, который связан с фильтром грубой очистки 10 генераторного газа от грязевых частиц, из верхней части фильтра 10 выведена вторая магистраль 11 для отбора из него очищенного генераторного газа, связанная с вентилятором 12 и фильтром тонкой очистки 13 генераторного газа, из которого выведена третья магистраль 14, связанная со смесителем 15, а он четвертой магистралью 16 связан с газодизелем 17. Газовая свеча 18 (дымовая труба) связана пятой магистралью 19 через клапан 20 с выходом вентилятора 12. Для нагрева воды при охлаждении генераторного газа через первый теплообменник 9 пропущена шестая магистраль 21, соединенная с выходом второго теплообменника 22, вход которого соединен седьмой магистралью 23 с выходом третьего теплообменника 24, при этом вход третьего теплообменника 24 соединен восьмой магистралью 25 с циркуляционным насосом 26 теплостанции Б, который связан девятой магистралью 27 с теплообменниками 28 потребителя тепла. Через второй теплообменник 22 пропущена десятая магистраль 29, связанная с газодизелем 17 для отвода его отработавших газов и нагрева воды для теплофикации. Смеситель 15 связан одиннадцатой магистралью 30 с атмосферой для подвода к нему воздуха и образования в нем смеси генераторного газа с воздухом. Газодизель 17 двенадцатой магистралью 31 через топливный насос высокого давления 32 связан с расходной цистерной 33 запального дизельного топлива. Потребители электрической энергии, вырабатываемой описываемой установкой, связаны с ней через электрический распределительный щит 34, соединенный с электрическим генератором 35, приводимым в движение газодизелем 17. Нижняя часть фильтра 10 тринадцатой магистралью 36 связана с отстойником 37, из которого выведена четырнадцатая магистраль 38 для направления шлама на утилизацию. Кроме того, из отстойника выведена пятнадцатая магистраль 39 со встроенным в нее водяным насосом 40 для откачивания воды, очищенной от шлама, и направления ее по шестнадцатой магистрали 41 на нейтрализацию в модуле очистки 42. Этот модуль связан с семнадцатой магистралью 43 для транспортировки ее в восьмую магистраль 25 для пополнения объема циркуляционной воды в тепловой станции Б. Система подачи древесного топлива состоит из бункера основного запаса топлива 44, наклонного шнекового питателя 45 и емкости 46. Нижний конец шнекового питателя 45 помещен в емкость 46, а верхний его конец выведен в загрузочный люк 4 расходного бункера 3. Третий теплообменник 24 для утилизации тепла циркуляционной воды внутреннего контура системы охлаждения газодизеля 17 связан на его выходе с восемнадцатой магистралью 47 и через клапан 48 с циркуляционным насосом 49, который через внутренние полости поверхностей охлаждения газодизеля 17 связан с терморегулятором 50, имеющим первый выход для соединения с девятнадцатой магистралью 51, соединенной с входом третьего теплообменника 24, а второй выход - для соединения с двадцатой магистралью 52 с четвертым теплообменником 53 (радиатором), выход которого соединяется с двадцать первой магистралью 54, связывающей его с девятнадцатой магистралью 47 в сечении между клапаном 48 и насосом 49. Для сбора и выгрузки золы предусмотрен зольник с дверцей 70.

При этом установка оборудована автоматизированной системой управления процессом получения генераторного газа, включающей компьютер 55, связанный с одной стороны - с аналого-цифровым преобразователем 56, на который поступает поток информации по первому каналу 57 от измерительного преобразователя активной мощности трехфазного тока 58 (например, типа Е829), соединенного с электрическим распределительным щитом 34, по второму каналу 59 - от датчика частоты вращения 60 коленчатого вала, установленного на топливном насосе высокого давления 32, по третьему каналу 61 - от датчика уровня древесного топлива 62, расположенного в расходном бункере 3, с другой стороны - по четвертому каналу 63 он соединен с цифроаналоговым преобразователем 64, который пятым каналом 65 связан с адаптером подачи воздуха 66, шестым каналом 67 - с адаптером расхода генераторного газа, встроенным в корпус смесителя 15, кроме того, цифроаналоговый преобразователь 64 седьмым каналом 68 связан с адаптером 69, управляющим приводом шнекового питателя 45.

Устройство для утилизации древесных отходов на базе газогенератора работает следующим образом.

Перед началом работы установки в газогенератор на колосниковую решетку 6 с использованием дверки топочного устройства 5 размещается запальная масса твердого топлива (бумага, стружка, измельченные сухие дрова, древесный уголь) на высоту, определяемую пространством между колосниковой решеткой 6 и нижней кромкой расходного бункера 3 газогенератора, насколько позволяют размеры дверки 70. Затем открывается клапан 20 газовой свечи 18, запускается газодизель на дизельном топливе для обеспечения электроэнергией от электрического генератора 35 вентилятора 12, водяных насосов 26 и 40, электропривода наклонного шнекового питателя 45 подачи древесного топлива (электроэнергия на собственные нужды установки) и автоматизированной системы управления работой установки. С помощью наклонного шнекового питателя 45 расходный бункер 3 газогенератора заполняется древесным топливом до верхнего уровня, после чего наклонный шнековый питатель 45 отключается, крышка люка 4 газогенератора закрывается, а его управление переводится с ручного на автоматическое от компьютера 55, при этом подача генераторного газа по третьей магистрали 14 перекрыта встроенным в смеситель 15 адаптером, который также управляется по шестому каналу 67 системой автоматизированного управления работой установки. Затем магистрали 21, 27 заполняются водой из теплофикационной сети, а магистрали 39, 41 и 43 - из системы нейтрализации, включается вентилятор 12. Через дверку топочного устройства 5 поджигается запальное древесное топливо, и дверка топочного устройства закрывается. Древесное топливо в топочном устройстве 5 сгорает, создавая при этом зону его пиролиза, где происходит образование генераторного газа. Через некоторое время, определяемое конструкцией газогенератора, поджигается генераторный газ в газовой свече 18. При достижении устойчивого горения генераторного газа в газовой свече 18 газодизель 17 переводится на газодизельный процесс, который на режиме запуска установки в действие осуществляется с помощью органов ручного управления адаптером в смесителе 15. При работе установки генераторный газ из полости А по магистрали 8 проходит через первый теплообменник 9, к которому по магистрали 21 поступает циркуляционная вода системы теплофикации (после нагрева она отводится по шестой магистрали 21 в систему В к потребителям тепла), а после охлаждения до необходимого уровня он поступает на фильтр грубой очистки 10 от грязевых частиц. Из верхней части фильтра грубой очистки 10 выведена вторая магистраль 11 для подачи охлажденного и очищенного газа к фильтру тонкой очистки 13, пройдя тонкую очистку в котором генераторный газ по третьей магистрали 14 поступает к вентилятору 12 и параллельно направляется к смесителю 15, связанному одиннадцатой магистралью 30 с атмосферой. Полученная смесь генераторного газа с атмосферным воздухом по четвертой магистрали 16 подается в газодизель 17, в котором осуществляется ее сгорание с использованием небольшой дозы запального дизельного топлива, подаваемого топливным насосом высокого давления 32, соединенного двенадцатой магистралью 31 с расходной цистерной 33 запального дизельного топлива. Отработавшие газы газодизеля 17 выводятся по десятой магистрали 29, пропущенной через второй теплообменник 22, к одной стороне которого по седьмой магистрали 23 подводится циркуляционная вода теплофикационной системы теплостанции Б, а с другой - нагретая отработавшими газами вода по шестой магистрали 21 направляется через первый теплообменник 9 к потребителям тепла. Из отстойника 37 шлам по четырнадцатой магистрали 38 отводится на утилизацию, а вода, очищенная в нем от шлама, по пятнадцатой магистрали 39 откачивается водяным насосом 40 в шестнадцатую магистраль 41 на нейтрализацию в модуле очистки 42. Очищенная вода по семнадцатой магистрали 43 направляется для использования в системе теплофикации теплостанции Б. Во время выгорания древесного топлива, первоначально размещенного в расходном бункере 3 газогенератора, в пределах - до установленного нижнего уровня, который определяется опытным путем для каждого конкретного типоразмера газогенератора, датчик уровня древесного топлива 62 по третьему каналу 61 направляет поток информации о количестве топлива в расходном бункере 3 на аналогово-цифровой преобразователь 56, который эту информацию преобразует и в цифровой форме передает компьютеру, где она анализируется и вырабатывается соответствующий управляющий код, который по четвертому каналу 63 через цифроаналоговый преобразователь и далее через пятый канал 65 передается на адаптер 69, встроенный в электропривод шнекового питателя 45, для включения или выключения подачи новой порции древесного топлива. Генераторный газ, вырабатываемый газогенератором 1, предназначен для замещения дизельного топлива при работе газодизеля 17 под нагрузкой, поэтому газодизель 17 при выводе установки на эксплуатационный режим в начальный момент расходует только дизельное топливо. При достижении эксплуатационного уровня электрической нагрузки включается система автоматического управления, которая, используя базу данных по наиболее значимым регулируемым параметрам основных агрегатов установки, внесенных в программу управления компьютера, через адаптер, встроенный в смеситель 15, обеспечивает необходимую подачу генераторного газа во впускной коллектор газодизеля 17. При этом за счет этого управления обеспечивается оптимальная пропорция газа с воздухом во впускном тракте в цилиндры газодизеля. Больше, чем это требуется газодизелю, газа не подается. При увеличении подачи генераторного газа цикловая подача дизельного топлива соответственно уменьшается до уровня минимальной (запальной), необходимой для устойчивой работы газодизеля. При изменении электрической нагрузки на шинах электрогенератора поток информации об этом от измерительного преобразователя активной мощности 58 по каналу 57 передается аналого-цифровому преобразователю 56, который связан с компьютером 55, с установленной в нем программой анализа этой информации и формирования управляющего сигнала для оптимальной корректировки количества подаваемого генераторного газа в газодизель 17, передаваемого по каналу 63 через цифроаналоговый преобразователь 64 и далее по каналу 67, на адаптер, встроенный в смеситель 15. Необходимый расход генераторного газа обеспечивается с одной стороны количеством подаваемого воздуха путем непрерывной настройки адаптера 66, который управляется программой компьютера 55, соединенного каналом 63 с цифроаналоговым преобразователем 64, а последний - каналом 65 с адаптером 66. Программой компьютера 55 учитывается влияние качества получаемого генераторного газа и осуществляется коррекция управляющего сигнала управления адаптером 66 по поступающему потоку информации от датчика 60 частоты вращения коленчатого вала газодизеля 17, соединенного каналом 59 и через аналого-цифровой преобразователь 56 с компьютером 55.

Предлагаемая конструкция установки для утилизации древесных отходов на базе газогенератора позволяет повысить эффективность обеспечения потребителя тепловой от теплообменников и электрической энергией от электрогенератора, снизить численность обслуживающего персонала установки, улучшить экологические показатели при ее эксплуатации.