УСТАНОВКА ДЛЯ СОВМЕСТНОЙ ГАЗИФИКАЦИИ И СЖИГАНИЯ ТВЕРДЫХ ТОПЛИВ И БИОМАСС

Полезная модель относится к области энерготехнологического оборудования и может быть использована для утилизации бытовых и промышленных отходов и отопления производственных помещений и других объектов хозяйственного назначения.
Известна печь с газогенераторной топкой для раздельного и совместного сжигания различных видов топлива (заявка РФ №2002105599), содержащая топку газогенерации и дожигания газов с соплами для подачи воздуха и с дроссельными регуляторами режима газогенерации и тепловой мощности. На днище газогенераторной камеры, по повторно-параллельной схеме, внутри газопроницаемой оболочки размещены регистры равномерной разводки газа и воздуха, внутри капиллярной оболочки размещены регистры равномерной разводки жидкого топлива, мазута и воздуха, а над этими слоями сжигания газа, жидкого топлива и мазута размещен слой топочной камеры для генерации газа из твердого топлива.
Недостатками устройства являются сложность конструкции, удорожающая процесс сжигания и усложняющая использование устройства, и отсутствие возможности сжигания нетрадиционных топлив (биомасс).
Известен газогенератор для твердого топлива (патент РФ №2147601), предназначенный для газификации твердых топлив, который может быть использован для газификации торфа, торфяных брикетов, дров, древесных отходов, растительных остатков, бытового и промышленного мусора, в установках для отопления различных помещений, подогрева воды и воздуха, сушки влажных материалов, зерна топлив и других целей. Газогенератор для твердого топлива содержит корпус с футеровкой и топочной дверцей, бункер для топлива с загрузочным люком, камеру для золы и сводчатый рассекатель. Камера для золы имеет дверцу, для ее удаления и устройство для подачи и регулирования первичного воздуха. Сводчатый рассекатель установлен внутри корпуса. Под сводчатым рассекателем расположены отверстие для отвода газов со вставленной в него жаровой трубой и подвижная с возможностью подъема-опускания колосниковая решетка. Жаровая труба имеет устройство для подачи и регулирования вторичного воздуха. Газогенератор снабжен поворотными лопастями, установленными внутри корпуса. Оси поворота лопастей расположены параллельно рассекателю. Рассекатель в верхней части снабжен вертикальной пластиной. Поворотные лопасти, рассекатель и вертикальная пластина снабжены поперечными ребрами.
Недостатком устройства является узконаправленность использования, т.е. возможность газификации либо твердых топлив, либо различных отходов. Устройство не предусматривает возможность совместной газификации этих топлив.
Прототипом предлагаемой полезной модели является печь для сжигания и газификации в псевдоожиженном слое (патент РФ №2229073), используемая для утилизации различных сортов каменного угля. Печь газификации и печь для сжигания объединены друг с другом. Печь с псевдоожиженным слоем разделена множеством перегородок на печь газификации, главную камеру сгорания печи для сжигания и камеру рекуперации тепла указанной печи для сжигания, причем указанная печь для газификации и камера рекуперации тепла полностью отделены одна от другой. Камера газификации, камера сгорания угля и камера рекуперации тепла расположены смежно друг с другом в горизонтальной компоновке. Печь с псевдоожиженным слоем разделена первой перегородкой на печь газификации и печь для сжигания; первая перегородка имеет отверстия, так, что печь газификации и печь для сжигания сообщаются друг с другом в нижней и верхней частях. Второй перегородкой между камерой рекуперации тепла и камерой сгорания угля служит вертикальная стенка, верхний конец второй перегородки проходит до положения вблизи верхней поверхности псевдоожиженного слоя, отверстие предусмотрено в непосредственной близости к печному поду. В камере рекуперации тепла размещены погруженные теплопередающие трубы.
Недостатком прототипа является возможность газифицировать и сжигать только традиционные твердые топлива - угли. Совместные газификация и сжигание биомасс с углем не предусмотрены. Горизонтальная компоновка печи газификации, главной камеры сгорания печи для сжигания и камеры рекуперации тепла требует дополнительных устройств для обеспечения циркуляции газовых потоков. Создание достаточно высоких давлений в потоке горячего генераторного газа, при его дальнейшем использовании, сопряжено с техническими трудностями. Не оговорены устройства для подачи и выгрузки насыпного материала, устройство для розжига.
Предпосылками создания предлагаемой полезной модели являются следующие факторы. Параметры биомасс, подлежащих утилизации и сжиганию могут сильно различаться по влажности, зольности и химическому составу. Рынок биомасс является сезонным. Добавки угля позволяют уменьшить эти различия. При малой процентной доле биомасс в топливе их наличие практически не влияет на технологический цикл сжигания угля при слоевом сжигании и сжигании в кипящем слое (КС). Отпадает необходимость в разработке и строительстве специальных мусоросжигательных заводов для утилизации отходов. При высокой зольности сжигаемых углей добавки соединений калия, содержащихся в золе биомасс, меняют свойства угольного шлака. Для создания кипящего слоя при сжигании биомасс используется дополнительно инертный насыпной материал. При высокой процентной массовой доле биомасс по отношению к углю подача угля в качестве насыпного материала позволит решить сразу две проблемы - создание кипящего слоя и поддержание необходимой температуры за счет постепенного выгорания угля.
Задачей, предлагаемой полезной модели является повышение маневренности и эффективности энерготехнологического устройства, работающего на различных видах топлива, снижение расхода энергии и упрощение конструкции при совместной газификации и сжигании биомасс с углем.
Поставленная задача решается тем, что, установка для совместной газификации и сжигания твердых топлив и биомасс, включает камеру газификации с устройством для подачи биомасс и дутьевые сопла для подачи первичного воздуха. Кроме того, камера газификации содержит устройство для розжига, патрубок для отвода золошлаковых отходов и устройства для загрузки насыпного материала (в качестве насыпного материала используется уголь). Камера газификации имеет аэродинамический пережим, расположенный фронтально, а газораспределительная решетка наклонена к плоскости устройства для розжига под углом α (угол наклона зависит от вида используемых биомасс). Причем камера газификации выполнена в вертикальной компоновке совместно с камерой дожигания, содержащей сопла для подачи вторичного воздуха и многоходовые рекуператоры, которая в своей верхней части образует газоотводящий тракт, также имеющий многоходовые рекуператоры и оснащенный задвижкой. Камера дожигания имеет патрубок для отбора генераторного газа, снабженный задвижкой.
Технический результат - снижение расхода энергии и упрощение конструкции - достигается за счет лучшей организации газификации твердого топлива совместно с биомассами, с возможностью как дожигания продуктов газификации в камере дожигания, так и получения горючего генераторного газа, который может использоваться для получения тепловой энергии с целью отопления производственных помещений и других объектов хозяйственного назначения.
Установка для совместной газификации и сжигания твердых топлив и биомасс представлена на фиг.1.
Установка содержит камеру газификации 1 и камеру дожигания 2, выполненные совместно в вертикальной компоновке. Камера газификации 1 снабжена дутьевыми соплами 3 для подачи первичного воздуха, расположенными на днище установки 4 и устройствами для подачи биомасс 5, расположенными фронтально. В нижней части камеры газификации 1 расположена наклонная распределительная решетка 6, под которой находятся воздушные камеры 7. В нижней части наклонной распределительной решетки 6, у основания днища 4, расположен патрубок для отвода золошлаковых отходов 8. Камера газификации 1 с одной стороны оборудована устройством для розжига 9, а с другой стороны - устройством для загрузки насыпного материала 10. Камера газификации 1 в верхней части имеет пережим 11. В камере дожигания 2, расположенной выше камеры газификации 1, имеются сопла 12 для подачи вторичного воздуха. Верхняя часть камеры дожигания 2 переходит в газоотводящий тракт 13. В камере дожигания 2 и газоотводящем тракте 13 расположены многоходовые рекуператоры 14, имеющие запорный клапан водовода 15 и подогревающие
сетевую воду 16 для потребителей отходящими дымовыми газами 17. В устройстве предусмотрен патрубок 18 для отбора генераторного газа, снабженный задвижкой 19. Газоотводящий тракт 13 снабжен задвижкой 20.
Отличием от прототипа является:
- вертикальная компоновка камеры газификации и камеры дожигания, что повышает маневренность данного устройства;
- отсутствие перегородок между камерой газификации, имеющей пережим, и камерой дожигания, благодаря чему упрощается конструкция установки, без изменения параметров генераторного газа;
- наличие устройства для розжига и устройства для загрузки насыпного материала в камере газификации.
2
4
2
Установка для совместной газификации и сжигания твердых топлив и биомасс работает следующим образом. Задвижка 19 находится в положении, перекрывающим патрубок 18 для отбора генераторного газа. Задвижка 20 газоотводящего тракта 13 открыта. Запорный клапан водовода 15 открыт. В камеру газификации 1 на наклонную распределительную решетку 6 при помощи устройства 10 подается насыпной материал для создания кипящего слоя. В качестве насыпного материала используется твердое топливо - уголь - диаметром частиц до нескольких миллиметров. Предварительно измельченная биомасса (частицы имеют размер до нескольких миллиметров) посредством устройства для подачи биомасс 5 подается в камеру газификации 1 выше уровня первоначальной загрузки угля. Одновременно в камеру газификации 1 с помощью дутьевых сопел 3 для подачи первичного воздуха, расположенных на днище 4 установки, под газораспределительными камерами 7, подается воздух со скоростью 5 м/с с α=0,5 для создания и поддержания процесса неполного окисления топлива (биомассы совместно с углем) и образования горючего генераторного газа. При этом температура горения снижается с 2000°С до 850°С. Для инициализации процесса горения (газификации) после начала подачи топлива и первичного воздуха кратковременно включается устройство для розжига 9. В восходящем потоке воздуха слой взвешенных частиц топлива приобретает свойства жидкости (вязкость, текучесть, поверхностное натяжение) и, с помощью пережима 11 в камере газификации 1, образуется циркулирующий кипящий слой по всему сечению установки. Образующийся генераторный газ состоит в основном из СО, H, возможны примеси СН, CО и других углеводородов. Генераторный газ поступает в камеру дожигания 2, куда с помощью сопел для подачи вторичного воздуха 12 подается воздух в количестве, достаточном для полного окисления генераторного газа. Далее продукты сгорания поступают в газоотводящий тракт 13. Камера дожигания 2 и газоотводящий тракт 13 оборудованы многоходовыми рекуператорами 14, в которых при открытом запорном клапане водовода 15 нагревается сетевая вода 16 для потребителей отходящими дымовыми газами 17. При этом температура дымовых газов на выходе понижается. Образующиеся в процессе сжигания золошлаковые отходы удаляются через патрубок для отвода золошлаковых отходов 8. В случае, когда нет потребности в нагреве сетевой воды для потребителей, или,
когда есть потребность у дополнительных потребителей в генераторном газе, прекращается подача вторичного воздуха на сопла 12, перекрывается запорный клапан водовода 15, закрывается задвижка 20, открывается задвижка 19 и в патрубок 18 начинает поступать генераторный газ.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет совместить процессы утилизации различных бытовых и промышленных отходов с процессом получения горючего генераторного газа, который может использоваться для получения тепловой энергии с целью отопления производственных помещений и других объектов хозяйственного назначения.