ГАЗОГЕНЕРАТОР
GAS GENERATOR

Изобретение относится к конструкции газогенераторов прямого процесса и может быть использовано для получения генераторного газа при сжигании твердого топлива.
Известен газогенератор, содержащий корпус с загрузочным устройством в верхней его части и зольником в нижней, размещенную в корпусе основную камеру газификации сырья, а также камеру его дожигания, системы подачи агента в камеры газификации и дожигания и отвода полученного синтез-газа, при этом основная камера и камера дожигания смонтированы в корпусе газогенератора, между камерами образована зона аэродинамической очистки полученного синтез-газа, газогенератор снабжен устройством перемешивания сырья в камерах, выполненным в виде смонтированного в корпусе с возможностью вращения посредством привода вала, на котором закреплены мешалки, размещенные в камерах (патент на полезную модель RU №85984, опубл. 20.08.2009 г.).
Наиболее близким техническим решением, выбранным заявителем в качестве прототипа, является газогенератор прямого процесса, содержащий корпус с кольцеобразной камерой газификации и колосниковой решеткой, которая имеет возможность вращательного движения, корпус в верхней части имеет патрубок для отвода генераторного газа (патент на изобретение RU №2200901, опубл. 20.03.2003 г.).
К основным недостаткам следует отнести большие габаритные размеры и сложность конструкции. Кроме того, известный газогенератор в течение отопительного сезона не обеспечивает надежной его работы, т.к. процесс горения и пиролиза протекает во всей массе твердого топлива, нагревая стенки камеры газификации, а их водяное охлаждение приводит к зарастанию стенок камеры газификации продуктами неполного сгорания, уменьшая полезный объем. Это требует регулярной остановки газогенератора для очистки его элементов.
Технической задачей изобретения является снижение габаритных размеров газогенератора и повышение надежности при одновременном снижении расхода топлива и увеличении времени непрерывной работы.
Техническая задача достигается тем, что газогенератор содержит размещенную в корпусе кольцеобразную камеру газификации, колосниковую решетку и топку, колосниковая решетка выполнена с возможностью вращательного движения, в верхней части корпуса выполнен патрубок для отвода генераторного газа, при этом, в отличие от известного газогенератора, в верхней части корпуса вдоль его вертикальной оси расположен загрузочный отсек, под которым расположена топка с размещенной внутри колосниковой решеткой, а в нижней части корпуса размещен воздухозаборник, колосниковая решетка выполнена куполообразной формы с возможностью дополнительного поступательного движения, кольцеобразная камера газификации выполнена с наружной и внутренней стенками и расположена вокруг загрузочного отсека, причем в верхней части камеры газификации стенки замкнуты, а в нижней части камеры газификации ее внутренняя стенка соединена со стенкой загрузочного отсека, а наружная стенка соединена со стенкой воздухозаборника, камера выполнена с возможностью ее охлаждения, а патрубок для отвода генераторного газа присоединен к устройству для вытяжки генераторного газа.
В качестве твердого топлива могут быть использованы, например, пеллеты и другое аналогичное топливо.
В качестве устройства для вытяжки генераторного газа может быть использован, например, вытяжной вентилятор.
Охлаждение камеры газификации может быть осуществлено любыми известными способами принудительного теплообмена, например, водой или воздухом или иными охлаждающими агентами.
Если в качестве хладагента используют воду, то корпус выполняют герметичным, он и дополнительно снабжен патрубками для подвода холодной и отвода горячей воды.
Следует отметить, что в газогенераторе по прототипу процесс идет с избытком кислорода за счет использования в камере газификации фурм, причем в конструкции генератора предусмотрена вертикальная реакционная камера, в которую засыпается твердое топливо, при этом процесс идет во всей массе топлива и при высокой температуре. Заявляемая конструкция газогенератора обеспечивает возможность проведения процесса сжигания твердого топлива путем непрерывного порционного его сжигания непосредственно на колосниковой решетке, тогда как остальная часть твердого топлива, загружаемого в загрузочный отсек, остается холодной. При этом взаимное расположение загрузочного отсека, топки с колосниковой решеткой и воздухозаборника, а также выполнение колосниковой решетки куполообразной формы позволяют изменить ориентацию факела относительно точки горения и процесс образования генераторного газа происходит при недостатке кислорода в буферной зоне, расположенной в свободном пространстве замкнутой кольцеобразной камеры газификации. Образующиеся в процессе такого горения генераторные газы содержат продукты полного горения топлива (углекислый газ, вода) и продукты их восстановления, неполного горения и пирогенетического разложения топлива (угарный газ, водород, метан, углерод). В генераторные газы переходит также азот воздуха, т.е в результате осуществления процесса в заявляемом газогенераторе получается качественный генераторный газ с высокой теплотворной способностью.
В процессе испытания опытного образца было выявлено, что нагрев твердого топлива в загрузочном отсеке не происходит, кроме того, кольцевая камера газификации выполнена с возможностью охлаждения, например, водой, или принудительным воздухом, или иным хладагентом. Для охлаждения в конструкции заявляемого газогенератора между кольцевой камерой газификации и загрузочным отсеком выполнен кольцевой зазор, в который хладагент попадает через выполненные в кольцевой камере проемы в виде труб, поэтому отсутствие повышенной температуры в загрузочном отсеке и дополнительное охлаждение камеры газификации предохраняет ее от перегревания и разрушения, поэтому конструкция обладает высокой надежностью, т.е. отсутствует возможность термического разрушения и не происходит зарастание элементов конструкции жидкими и твердыми продуктами неполного сгорания топлива. При проведении патентно-информационных исследований заявляемая совокупность признаков не выявлена, поэтому заявляемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».
На Фиг.1, 2 схематично изображен газогенератор.
Заявляемое устройство содержит корпус 1, в котором вертикально расположены загрузочный отсек 2, колосниковая решетка 3, воздухозаборник 4. Кольцеобразная камера газификации 5 выполнена в виде воронки с наружной стенкой 6 и внутренней стенкой 7, причем камера газификации 5 расположена вокруг загрузочного отсека 2 с зазором 19, стенки 6 и 7 в верхней части камеры газификации 5 замкнуты при помощи кольцевого элемента 8. В нижней части наружная стенка 6 соединена по диаметру со стенкой воздухозаборника 4, внутренняя стенка 7 соединена по диаметру со стенкой загрузочного отсека 2.
Воздухозаборник 4 выполнен, например, в виде полого цилиндра. Колосниковая решетка 3 выполнена с возможностью поступательного и вращательного движения при помощи поворотного стержня 9 и размещена внутри топки 16, которая образована пространством между выходом загрузочного отсека 2 и воздухозаборником 4. Корпус 1 и камера газификации 5 выполнены с возможностью прохождения через них нагнетаемого в корпус воздуха, для этого в нижней части корпуса 1 выполнен раструб 10, перегородки корпуса 1 имеют разрывы 11, в верхней части корпуса 1 выполнены проемы 12 и отверстия 13 (Фиг.2). Камера газификации 5 для прохождения через нее воздуха имеет трубчатые проходы 14. На наружной стенке 6 камеры газификации установлен газоход 15, соединенный с секцией отвода генераторного газа, содержащая вытяжной вентилятор 17. Для удаления золы в конструкции газогенератора предусмотрен золоприемник 18.
Устройство работает следующим образом. В загрузочный отсек 2 газогенератора из бункера (на рисунке не показан) загружается топливо, например пеллеты, которые попадают на колосниковую решетку 3, расположенную в топке 16. Включается вытяжной вентилятор 17, который обеспечивает дополнительную тягу газогенератора. Затем при помощи, например, горелки через воздухозаборник 4 пеллеты поджигаются, и на колосниковой решетке 3 начинается процесс горения топлива. Образованный в камере газификации 5 генераторный газ поступает в газоход 15 и далее через вентилятор 17 выводятся из газогенератора к потребителю. Для предотвращения разрушения камеры газификации от разрушения вследствие достижения высокой температуры в корпус 1 через раструб 10 принудительно, например при помощи вентилятора, подается воздух, который проходит через разрывы 11 корпуса и трубчатые проходы 14 камеры газификации 5. Воздух обтекает воронку по наружной стенке 7 и внутренней стенке 8 камеры газификации 5 со стороны кольцевого зазора 19 (на Фиг.1 направление похождения воздуха показано стрелками) и охлаждает камеру газификации 5 от перегрева. Затем нагретый воздух выходит из корпуса через проемы 12 и отверстия 13 в корпусе 1 (Фиг.2). Колосниковая решетка 3 может совершать поступательное и вращательное движения при помощи поворотного стержня 9. Это предусмотрено для того, чтобы разрыхлить пеллеты перед колосниковой решеткой 3 для обеспечения их непрерывного поступления в топку 16. Для удаления золы в газогенераторе предусмотрен золоприемник 18.
Небольшое количество золы образуется при запуске газогенератора и при его останове, поэтому регулярного обслуживания золоприемник 18 не требует. Газогенератор позволяет за счет изменения тяги на вентиляторе 17 регулировать массовую скорость горения топлива, что позволяет изменять производительность газогенератора. Процессы управления газогенератором могут быть автоматизированы при помощи штатных средств автоматизации.
Заявляемый газогенератор с подключенным к нему теплообменником при регулярной загрузке топлива проработал непрерывно 8 месяцев без поломок и замечаний, что удовлетворяет условиям отопительного сезона и подтверждает его достаточно высокую надежность. Сравнение потребления топлива с конструкциями подобных газогенераторов показывает, что заявляемый газогенератор потребляет 1 кг топлива на выработку 10 кВт энергии, тогда как в обычных газогенераторах расход топлива составляет 1 кг на 4 кВт. Температура твердого топлива в нижней части загрузочного отсека составляет 70-90°C, т.е. исключается возможность воспламенения твердого топлива вне зоны горения и увеличивается ресурс работы за счет исключения прогорания стенок газогенератора. Также сравнение заявляемого газогенератора показывает, что заявляемый газогенератор по своим габаритным размерам меньше подобных газогенераторов и требует для установки меньшую производственную площадь.
Таким образом, заявляемая конструкция позволяет увеличить время непрерывной работы газогенератора, реализовать компактную установку, повысить эффективность процесса получения генераторного газа при одновременном уменьшении потребления топлива, повысить надежность конструкции газогенератора.