Устройство для вихревой газогенерации мелкодисперсных топлив

Область техники
Полезная модель относится к устройствам для переработки мелкодисперсного топлива и может быть использована в производстве газообразного топлива, синтезгаза для теплоэнергетических установок.
Уровень техники
Известно устройство для газификации угля в сильно перегретом водяном паре включающее систему подачи частиц угля и перегретого водяного пара в реактор для газификации угля и конверсии продуктов газификации в топливный газ или синтез-газ, систему отвода продуктов газификации потребителю и систему удаления зольного остатка, отличающееся тем, что система подачи сильно перегретого водяного пара выполнена в виде импульсно-детонационного пароперегревателя, присоединенного тангенциально к входному патрубку вихревого реактора для газификации угля и конверсии продуктов газификации в топливный газ или синтез-газ, а система подачи угольных частиц или частиц углесодержащего материала выполнена в виде дозирующего устройства, обеспечивающего подачу частиц в импульсно-детонационный пароперегреватель до входного патрубка вихревого реактора (патент на изобретение РФ №2683751, опубл. 01.04.2019).
В результате патентных исследований также выявлены следующие технические решения, относящиеся к этой теме, которые были учтены заявителем при анализе: CN 108176821, CN 109631023, CN 112484021, CN 109631019, 112032710, CN 110684562, CN 106281471, CN 209872877, US 20120266538.
Наиболее близким техническим решением, по общей совокупности признаков, заявителем принято устройство для вихревой газогенерации мелкодисперсных топлив содержащее корпус, разделенный на три последовательные для прохода вихревого потока газовзвеси вихревые камеры, с отводом горючего газа из последней вихревой камеры в осевом направлении, причем в первой вихревой камере имеется тангенциальное окно для ввода топлива и тангенциальное сопло для ввода воздуха, устройство имеет возможность для ввода водяного пара, причем поперечный размер второй вихревой камеры меньше поперечного размера первой и третьей вихревых камер, часть поверхности устройства перфорирована сквозными отверстиями, третья вихревая камера оснащена в нижней части окном отвода горючего газа (патент на изобретение РФ №2577265, опубл. 20.10.2015.
Недостатком данной конструкции является то, что она не обеспечивает возможность регулирования процесса газогенерации при изменениях или колебаниях свойств топлива или нагрузки потребителя газа.
Раскрытие сущности полезной модели
Техническим результатом заявленной полезной модели является обеспечение регулирования процесса газогенерации при изменениях или колебаниях свойств топлива или нагрузки потребителя газа.
Технический результат достигается тем, что устройство для вихревой газогенерации мелкодисперсных топлив, содержащее корпус, разделенный на три последовательные для прохода вихревого потока газовзвеси вихревые камеры, с отводом горючего газа из последней вихревой камеры в осевом направлении, причем в первой вихревой камере имеется тангенциальное окно для ввода топлива и тангенциальное сопло для ввода воздуха, устройство снабжено узлом для ввода водяного пара, причем поперечный размер второй вихревой камеры меньше поперечного размера первой и третьей вихревых камер, третья вихревая камера оснащена окном отвода горючего газа, отличающееся тем, что первая, вторая и третья вихревые камеры расположены на одной линии, узел для ввода водяного пара размещен по оси первой, второй и третьей вихревых камер и представляет собой трубу подачи водяного пара с заглушенным выходным торцом, размещенным в третьей вихревой камере, причем участок узла для ввода водяного пара, находящейся в первой вихревой камере, перфорирован и снабжен шибером первой вихревой камеры, охватывающим узел для ввода водяного пара, в третьей вихревой камере перфорирован входной участок узла для ввода водяного пара и снабжен шибером третьей вихревой камеры, охватывающим узел для ввода водяного пара, причем шибер первой вихревой камеры и шибер третьей вихревой камеры выполнены с возможностью возвратно-поступательного перемещения по узел для ввода водяного пара, при этом длина шибера первой вихревой камеры выбрана исходя из возможности частичного перекрытия перфорационных отверстий по длине узла для ввода водяного пара, а длина шибера третьей вихревой камеры выбрана исходя из возможности полного перекрытия перфорационных отверстий по длине перфорированного входного участка узла для ввода водяного пара.
Длина шибера первой вихревой камеры составляет половину длин первой вихревой камеры.
Длина шибера третьей вихревой камеры составляет половину длин третьей вихревой камеры.
Заявленная полезная модель обеспечивает регулирования процесса газогенерации при изменениях или колебаниях свойств топлива или нагрузки потребителя газа
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показано заявленное устройство.
На фиг. 1 приняты следующие обозначения:
1. Первая вихревая камера.
2. Вторая вихревая камера.
3. Третья вихревая камера.
4. Тангенциальное окно.
5. Тангенциальное сопло.
6. Узел ввода водяного пара.
7. Шибер первой вихревой камеры.
8. Перфорированный входной участок.
9. Тяга первой вихревой камеры.
10. Шибер третьей вихревой камеры.
11. Тяга третьей вихревой камеры
12. Окно.
На фиг. 2 и 3 показаны положения шибера в первой вихревой камере.
На фиг. 2 и 3 приняты следующие обозначения:
1. Первая вихревая камера.
4. Тангенциальное окно.
5. Тангенциальное сопло.
6. Узел ввода водяного пара.
7. Шибер первой вихревой камеры.
На фиг. 4 и 5 показаны положения шибера в третьей вихревой камере.
На фиг. 4 и 5 приняты следующие обозначения:
2. Вторая вихревая камера.
3. Третья вихревая камера.
6. Узел ввода водяного пара.
10. Шибер третьей вихревой камеры
Осуществление полезной модели
Устройство содержит корпус, который состоит из последовательно расположенных друг за другом на одной линии первой, второй и третьей вихревых камер 1, 2 и 3, пронумерованных соответственно (на фиг. 1, 2, 3, 4 и 5). Вихревая камера 1 снабжена тангенциальным окном 4 для ввода топлива и тангенциальным соплом 5 для подачи воздуха. Диаметр вихревой камеры 2 меньше диаметров вихревых камер 1 и 3. По горизонтальной оси устройства, по всей его длине, размещен узел ввода водяного пара 6. Торец узел ввода водяного пара 6, расположенный в вихревой камере 3, заглушен. В вихревой камере 1 участок узла ввода водяного пара 6 перфорирован по всей длине вихревой камеры 1, а в вихревой камере 3 перфорирован входной участок 8 узла ввода водяного пара 6 (фиг. 4, 5).
Для регулировки подачи пара на узле ввода водяного пара 6 расположены шибер первой вихревой камеры 7 и шибера третьей вихревой камеры 10 соответственно первой и третьей вихревых камер 1 и 3, имеющих цилиндрическую форму. Шибер первой вихревой камеры 7 находится на узле ввода водяного пара 6 в вихревой камере 1 и имеет возможность возвратно-поступательного движения по узлу ввода водяного пара 6 за счет тяги первой вихревой камеры 9 с приводным механизмом (на рисунке не показан). Следует отметить, что шибер первой вихревой камеры 7 посредством тяги первой вихревой камеры 9 можно переместить в различные положения относительно узла ввода водяного пара 6 в пределах вихревой камеры 1. Шибер третьей вихревой камеры 10, находящийся на трубе 6 подачи водяного пара в вихревой камере 3, также снабжен тягой 11 и может находится на узле ввода водяного пара 6 в двух крайних положениях, как показано на фиг. 4, 5. В одном положении он полностью перекрывает перфорированный входной участок 8, а в другом положении перфорированный входной участок 8 остается не закрытым. Длина шиберов 7, 10 выбирается таким образом, чтобы обеспечить полное перекрытие перфорированного входного участка 8 узла ввода водяного пара 6 вихревой камеры 3 и частичное перекрытие по длине перфорационных отверстий на узле ввода водяного пара 6 в вихревой камере 1. Вихревая камера 3 имеет окно 12 для вывода сгенерированного газа из устройства.
Устройство работает следующим образом.
Мелкодисперсное топливо (например, бурый уголь или другие виды угля) и воздух для начала пиролиза подаются через тангенциальное окно 4 и тангенциальное сопло 5 в (разогретую или уже работающую) вихревую камеру 1, в которой начинается пиролиз (объем подводимого воздуха составляет не более 28-30% от необходимого для полного сжигания топлива), а далее, во вторую 2 вихревую камеру уменьшенного диаметра для активного перемешивания. Уменьшение диаметра вихревой камеры 2 для прохода горящего вихревого потока газовзвеси вызывает дополнительную турбулизацию вихревого потока, повышая интенсивность перемешивания и снижение несимметричности вихря, и завершение превращения топлива в горючий газ. Далее симметричный вихрь входит в третью вихревую камеру 3 -камеру стабилизации свойств газа за счет увеличения времени пребывания газа в ней и окончательного выравнивания характеристик газа перед выходом через окно 12 в вихревой камере 3.
Для повышения теплоты сгорания газа генерируемого синтезгаза через отверстия перфорации участка узла ввода водяного пара 6, расположенной по оси устройства в вихревой камере 1 в вихревой поток подается перегретый водяной пар, в виде радиальных паровых струй. Струйный ввод пара повышает проникновение пара в вихревой поток, причем и в периферийные слои вихревого потока. Этим ускоряется процесс конверсии пара и его взаимодействия с продуктами пиролиза и начала газификации. При изменении положения шибера 7 происходит перекрытие участка перфорации трубы 6 подачи водяного пара в вихревой камере 1, которое вызывает изменение локализации зон пиролиза и газогенерации в объеме вихревого потока газовзвеси в вихревой камере 1. Кроме того, за счет шибера 7 в вихревой камере 1 можно изменять объем процесса обычной кислородной газогенерации с подачей воздуха вплоть до бескислородной. На фиг. 2, 3 показано положение шибера 7 в вихревой камере 1 в пусковых режимах или в режимах низких нагрузок.
Если в работе всего устройства сохраняется баланс топлива воздуха и водяного пара, расход топлива и его свойства постоянны, то шибер 10 в вихревой камере 3 устанавливается на узле ввода водяного пара 6 как показано на фиг. 4.
При изменениях или колебаниях свойств топлива или нагрузки потребителя газа постоянно или периодически нарушается баланс топлива воздуха и пара в устройстве шибер 10 устанавливается на узле ввода водяного пара 6, как показано на фиг. 5, а регулирование процесса газификации производится перемещением шибера 10 по узлу ввода водяного пара 6 в вихревой камере 1. В этом случае по эксплуатационной необходимости можно завершить полностью газогенерацию угля и повышение теплоты сгорания газа, или наоборот, - снизить теплоту сгорания, температуру и/или увеличить объем газа, отдаваемого потребителю.
Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет обеспечить регулирование процесса газогенерации при изменениях или колебаниях свойств топлива или нагрузки потребителя газа.