КОГЕНЕРАЦИОННАЯ ГАЗОГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА НА ТВЕРДОМ ТОПЛИВЕ

Полезная модель относится к комбинированным установкам, работающим на твердом топливе и предназначенным для выработки тепловой и электрической энергии.
Известна система внутрицикловой газификации для парогазовых установок на твердом топливе (RU 47886 U1). Установка содержит газогенератор горнового типа с устройством для загрузки твердого топлива в реакционную камеру, фурмами для воздушного дутья под давлением, обеспечивающий повышение качества газогенераторного газа, линию подачи сжатого воздуха в газогенератор, вспомогательную установку для грубой и тонкой очистки генераторного газа от механического уноса, линию подачи неочищенного газа в установку для его очистки, линию отвода отделенного от газа грубого и тонкого уноса. Вспомогательная установка для грубой и тонкой очистки выполнена соответственно в виде футерованного циклона и рукавного фильтра.
Существующая высокотемпературная система эффективна для очистки генераторного газа от механических примесей. Однако, обеспечивая подачу очищенного газа к потребителю, вспомогательная установка включает линию отвода отделенного от газа грубого и тонкого уноса, что свидетельствует о неполном удалении примесей.
Кроме того, конструкция газогенератора не обеспечивает ликвидацию смоляной фракции, ее наличие способствует нежелательному отложению во вспомогательное оборудование для грубой и тонкой очистки газа. Не исключено попадание смоляной фракции и в двигатель, приводящее к его неэффективной работе.
Известна также конструкция газогенератора обращенного процесса в соответствии с описанием к патенту RU 36829, который выбран в качестве прототипа. Газ, образующийся в результате газогенераторного процесса, поступает в двигатель без смолы. Однако механические примеси, сопутствующие подаче газа в двигатель осложняют его работу и могут вывести двигатель из строя.
Перечисленные устройства не обеспечивают получение низкотемпературного очищенного газа, обеспечивающего эффективную работу двигателя.
Задача, решаемая при использовании заявляемой полезной модели, заключается в создании установки, обеспечивающей получение низкотемпературного очищенного
от механических примесей и смоляных фракций газа, подаваемого в двигатель когенерационнной установки.
Поставленная задача решается тем, что когенерационная газогенераторная установка на твердом топливе, содержащая газогенератор обращенного процесса, обеспечивающий разложение смолистых веществ в процессе газификации, согласно полезной модели, установка снабжена устройством для подачи твердого топлива в газогенератор, данный газогенератор соединен со вспомогательным оборудованием, содержащим последовательно соединенные устройства - устройство для грубой очистки газа в виде циклона или группы циклонов, охладитель газа, устройство для тонкой очистки в виде кассетного фильтра, отстойник паров воды, содержащихся в газе, соединенный посредством трубопровода с двигателем, установленным на одном валу с электрогенератором.
В заявляемой установке в качестве устройства для подачи твердого топлива используется скиповый подъемник.
В заявляемой установке охладитель выполнен в виде многоходового теплообменника.
В заявляемой установке вспомогательное оборудование снабжено ресивером, установленным между отстойником и двигателем.
Для подачи очищенного низкотемпературного газа к двигателю используется газогенератор, соединенный со вспомогательным оборудованием, содержащим устройства, соединенные последовательно посредством трубопровода: устройство для грубой очистки, охладитель газа, устройство для тонкой очистки, отстойник влаги.
Выбранная конструкция газогенератора обеспечивает очистку газа от смоляной фракции, следовательно, предотвращается ее попадание во вспомогательное оборудование, предназначенное для охлаждения газа и очистки от механических примесей, тем самым повышая эффективность работы когенерационной установки в целом.
Заявляемая установка снабжена устройством для подачи твердого топлива в газогенератор обращенного процесса, для этого газогенератор в своем составе содержит загрузочное устройство. К устройству для подачи твердого топлива относится скиповый подъемник, установленный рядом с газогенератором.
Технология очистки газогенераторного газа от механических примесей, как правило, предусматривает двухступенчатую очистку от механических примесей, т.н. грубую и тонкую очистку. В заявляемой установке полученный газогенераторный газ также подвергается двухступенчатой очистке.
В качестве первой ступени используется циклон или группа циклонов, обеспечивающие очистку газа от золы и твердых веществ - золы и сажи.
В качестве ступени тонкой очистки используется фильтр, конструкция которого относится к кассетным фильтрам. Данная конструкция позволяет очистить газ от частиц мельчайшей пыли благодаря адсорбирующему материалу, заполняющему сменные кассеты. Использование кассетного фильтра привносит дополнительный результат, влияющий на эффективную бесперебойную работу двигателя, а именно: замена кассет происходит без остановки работы когенерационной установки.
Для эффективной работы двигателя без потери мощности необходимо обеспечить подачу большого массового объема низкотемпературного газа, для этой цели вспомогательное оборудование содержит охладитель газа.
В заявляемой установке технологическая последовательность получения очищенного низкотемпературного газа предполагает подачу охлажденного газа в кассетный фильтр. Для этого охладитель в составе вспомогательного оборудования расположен между циклоном (или группой циклонов) и кассетным фильтром. Указанная особенность обеспечивает следующий технический результат: во-первых, при снижении температуры газа в охладителе происходит уменьшение его объема, следовательно, для очистки газа на второй ступени нет необходимости использовать крупногабаритные фильтры. Во-вторых, при охлаждении газа происходит конденсация паров воды, а это обстоятельство приводит к тому, что при поступлении охлажденного газа в кассетный фильтр, адсорбирующий материал способен поглощать излишнюю влагу.
В заявляемой установке целесообразно в качестве охладителя использовать многоходовой теплообменник. Благодаря такой конструкции в процессе охлаждения происходит потеря скорости газа, проходящего по трубам теплообменника, что способствует осаждению сажи и других твердых частиц.
Вспомогательное оборудование содержит отстойник влаги, являющийся заключительным устройством в технологической последовательности очистки газа перед его подачей в двигатель. Следует отметить, что все средства, предназначенные для получения низкотемпературного очищенного газа, соединены посредством трубопровода. Это свидетельствует о том, что при поступлении газа из кассетного фильтра в отстойник влаги происходит изменение объема, занимаемого газом, - от меньшего объема (внутренняя полость трубопровода) к большему (полость отстойника). Вследствие изменения объема газ теряет скорость, что также способствует осаждению частиц влаги и одновременно выпадению остатков твердых частиц и сажи.
Таким образом, выбранный состав и последовательность соединения устройств, составляющих вспомогательное оборудование, обеспечивает ликвидацию механических примесей в технологическом сочетании с процессом охлаждения газа. Причем, в данном сочетании устройств охладитель газа помимо основной функции способствует очистке газа от механических примесей и, кроме того, предопределяет эффективную работу кассетного фильтра и отстойника.
Эти и другие особенности работы заявляемой установки поясняются с помощью чертежа (см. фиг.).
Когенрационная установка обеспечивает получение из древесины безсмольного газа для двигателя внутреннего сгорания с целью выработки электрической и тепловой энергии.
На фигуре схематично представлена когенерационная установка, содержащая газогенератор 1 обращенного процесса, который перерабатывает отходы деревообработки, торфа, бурого и каменного угля и другие виды твердого топлива без образования смоляных фракций. Из уровня техники известны конструкции подобных газогенераторов, например, из описаний к патентам RLJ 36829, RU 2303050.
Для подачи необходимого количества твердого топлива в загрузочное устройство газового генератора 1 установка оснащена скиповым подъемником 2.
Газогенератор 1 посредством трубопровода 3 соединен со вспомогательным оборудованием для получения низкотемпературного очищенного от механических примесей газа. К данному оборудованию относится: циклон 4, охладитель газа 5, кассетный фильтр 6, отстойник влаги 7. Все перечисленные устройства 4, 5, 6, 7 последовательно соединены трубопроводом 3.
Из отстойника 7 очищенный низкотемпературный газ подается к двигателю 8, соединенному с электрогенератором 9.
Циклон 4 (или группа циклонов) является наиболее распространенным видом газоочистного оборудования, используемого на ступени грубой очистки газа от механических примесей.
Охладитель газа 5 выполнен в виде плоского многоходового теплообменника с наружными ребрами, обеспечивающими интенсивность теплообмена с окружающей средой за счет высокого коэффициента теплопередачи.
В качестве кассетного фильтра 6 может быть использован фильтр, подобный описанному в патенте RU 2303490 или в патенте RU 2209655.
Отстойник влаги 7 представляет собой емкость, форма которого обеспечивает изменение направления движения газа (во внутренней полости указанного отстойника).
Например, емкость, выполненная с прямоугольным основанием и со ступенчатым профилем в продольном направлении, уменьшающимся кверху, может быть использована в качестве отстойника. Так, при поступлении газа в нижнюю часть данного устройства направление движение газа меняется в сторону узкой верхней части отстойника.
Установка дополнительно может быть снабжена ресивером (на чертеже не показан), установленным между отстойником 7 и двигателем внутреннего сгорания 8.
В реакционную камеру газогенератора 1, работающего под давлением, с помощью скипового подъемника 2 загружается твердое топливо - отходы деревообработки; в процессе газификации твердого топлива получившийся без смоляных фракций газ поступает во вспомогательное оборудование. Последовательно проходя ступени очистки и охлаждения в устройствах 4,5,6, газ поступает в отстойник влаги, в котором происходит его окончательная очистка от влаги и твердых частиц. При контроле состояния двигателя установлено, что все элементы двигателя находятся без смолянистых и других отложений.
Таким образом, благодаря компоновке газогенератора со вспомогательным оборудованием, предназначенным для охлаждения и очистки от механических примесей газогенераторного газа, установка в целом позволяет увеличить кампанию работы двигателя.