УСТАНОВКА ПО ПЕРЕРАБОТКЕ ГОРЮЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к средствам переработки горючих материалов в топливо, горючий газ, тепло и электроэнергию и может быть использована для переработки таких горючих материалов, как осадок от очистки сточных вод, твердые бытовые отходы, помет, навоз, угольный отсев и шлам, растительные и животные отходы, резина, горючий сланец, пластмасса, а также смеси указанных материалов.
Известно устройство для газификации твердого топлива с получением смеси различных газов, включающее сосуд высокого давления, с которым связан источник подачи твердого топлива, трубопроводы подвода газообразного топлива, подачи газифицирующих реагентов и отвода летучих газов, а также отверстие для выброса твердых фракций посредством установленной в сосуде вращающейся решетки
(см. патент РФ №2084493, кл. С10J 13/14 1997 г.).
Данная установка обладает весьма узкими функциональными возможностями, так как не обеспечивает подготовку топлива для газификации, а также не пригодна для газификации высоко влажного топлива с крупными размерами отдельных частиц.
Известна установка для переработки твердых бытовых отходов в горючий газ на основе сверхадибатического разогрева, включающая камеру для газификации сырья, содержащую колосниковую решетку, расположенную в нижней части камеры, фурмы для подачи газифицирующего агента, содержащего кислород, выходное отверстие для выпуска продукт-газа, зольник для сбора остатка с выходным отверстием для его выпуска. Установка содержит также транспортирующие средства, находящиеся вне камеры газификации и предназначенные для загрузки сырья в камеру и выгрузки из зольника остатка.
(см. патент РФ №2150045, кл. F23G 5/027, 1998 г.).
Данная установка обладает весьма узкими функциональными возможностями, так как не обеспечивает переработку высоко влажного и вязкого сырья, например, такого как осадок от очистки сточных вод, помет, навоз.
Известна установка для переработки твердых отходов, содержащая модуль приготовления топлива, модуль газификации приготовленного топлива и очистки газа и модуль переработки генераторного газа в тепло и/или электроэнергию.
Модуль приготовления топлива установки содержит устройство обезвоживания сырья, выход которого связан с измельчителем сырья. Выход измельчителя связан с входом газогенератора модуля газификации сырья. Газогенератор имеет два входа и два выхода. Один из входов, как уже было указано выше, имеет возможность связи с измельчителем. Один из выходов связан с бункером приема твердого остатка (золы). Второй вход газогенератора связан с дутьевым вентилятором нагнетания воздуха, подогретого в теплообменнике, через который проложена магистраль прохода генераторного (горючего) газа от первого аппарата очистки генераторного газа, вход которого связан со вторым выходом газогенератора, а газовый выход - с теплообменником. Газовый выход теплообменника связан со вторым аппаратом очистки, имеющим газовый и зольный выходы. Газовый выход второго аппарата связан с охладителем генераторного газа.
Очищенный и охлажденный газ поступает в смеситель, где смешивается с воздухом и полученная топливная смесь подается в газопоршневой двигатель, вал которого связан с валом ротора электрогенератора, вырабатывающего электроэнергию.
Выходы газопоршневого двигателя, предназначенные для отвода выхлопных газов и нагретой в системе охлаждения двигателя жидкости, связаны с теплообменником, где они передают тепло теплоносителю (вода, пар), направляемому потребителям. Охлажденные в теплообменнике выхлопные газы выбрасываются в атмосферу. Охлаждающая жидкость после снижения температуры в теплообменнике возвращается на охлаждение двигателя.
(см. патент РФ №104672, кл. F23G 5/027, 2008 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа выполнения известной установки необходимо отметить, что содержащийся в составе установки теплообменник установлен после первого аппарата очистки генераторного газа и не имеет устройства для выпуска золы. Это обуславливает ненадежную работу установки, так как теплообменник постоянно будет забиваться золой, содержащейся в газе после первого аппарата очистки, что вызывает необходимость частой остановки установки для очистки. Кроме того, установка не позволяет получать горючий газ высокой степени очистки.
Техническим результатом настоящей полезной модели является разработка установки по переработке горючих материалов в горючий газ, обеспечивающей получение горючего газа высокой степени очистки из широкого спектра сырья и переработку его в тепло и/или электроэнергию.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в установке по переработке горючих материалов, включающей модуль приготовления из горючих материалов топлива, модуль газификации топлива, модуль очистки и охлаждения генераторного газа, модуль переработки генераторного газа в тепло и/или электроэнергию, причем модуль приготовления топлива содержит связанные друг с другом устройство обезвоживания сырья и измельчитель, а модуль газификации топлива содержит газогенератор, один из входов которого имеет возможность связи с измельчителем, а другой с каналом подачи воздуха, модуль очистки и охлаждения генераторного газа содержит аппараты очистки и охлаждения газа, а модуль переработки генераторного газа содержит газо-поршневой двигатель, выходной вал которого связан с ротором электрогенератора, а вход с выходом смесителя, предназначенного для смешивания генераторного газа и воздуха, при этом, система охлаждения двигателя и канал отвода отработанных газов связаны с теплообменником, Новым является то, что модуль очистки и охлаждения генераторного газа выполнен в виде трех последовательно установленных аппаратов, последовательно соединенных газовыми каналами для генераторного газа, газовый вход первого аппарата связан с газовым выходом газогенератора, а газовый выход третьего аппарата - с входом смесителя, каждый из аппаратов оснащен затвором для удаления твердого остатка, первый и второй аппараты оснащены теплообменниками, вход теплообменника первого аппарата связан с воздухоподающим устройством, а выход - с входом газогенератора, теплообменник второго аппарата связан с устройством охлаждения хладагента, предназначенного для циркуляции через теплообменник
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых:
на фиг.1 - модульная схема установки;
на фиг.2 - модуль приготовления топлива;
на фиг.3 - модуль газификации топлива;
на фиг.4 - модуль очистки и охлаждения генераторного газа;
на фиг.5 - модуль переработки генераторного газа в тепло и/или электроэнергию.
Установка по переработке горючих материалов содержит (Фиг.1) модуль 1 приготовления для газификации квалифицированного топлива из исходных материалов, модуль 2 газификации топлива, модуль 3 очистки и охлаждения полученного в модуле 2 генераторного газа, модуль 4 переработки подготовленного генераторного газа в тепло и/или электроэнергию.
Модуль 1 приготовления топлива (Фиг.2) включает обезвоживатель 5 исходных горючих материалов, устройство 6 очистки отводимой от обезвоживателя жидкой фазы, связанный с выходом обезвоживателя измельчитель 7. Данный модуль также может включать последовательно установленные и связанные друг с другом смеситель для шихтовки исходных материалов, вход которого связан с выходом измельчителя 7 и пресс или гранулятор для окускования топлива (не показаны).
В качестве измельчителя топлива могут быть использованы известные дробилки, например, ударного типа, обеспечивающие измельчение сырья до размеров частиц не более 20 мм. Выполнение устройства обезвоживания зависит от влажности сырья. Если влажность сырья не превышает 60%, то обезвоживание осуществляют одноступенчатым обезвоживателем, например, шнековым прессом. Если влажность сырья превышает 60%, как, например, навоз коров, свиней, помет птиц, у которых влажность более 80%, то в качестве устройства обезвоживания используют последовательно установленные шнековый пресс и сушилку. Конструкции устройств измельчения и обезвоживания широко известны и нет необходимости в их подробном описании.
Модуль 2 газификации топлива (фиг.3) включает бункер 8 для загрузки подготовленного к газификации топлива, связанный, например, посредством транспортера, с выходом измельчителя 7 (или пресса, или гранулятора, при их наличии). Бункер оснащен дозатором 9, под которым размещен конвейер 10, связанный с входом газогенератора 11 для загрузки топлива в газогенератор. Газогенератор оснащен шлюзовым затвором 12 для выпуска золы на зольный конвейер 13. Для комплектации модуля 2 могут быть использованы вихревой, слоевой или кипящего слоя газогенератор, а также стандартные бункер, дозатор и затвор.
Модуль 3 очистки и охлаждения генераторного газа (Фиг.4) выполнен в виде трех последовательно соединенных газовыми каналами аппаратов 14, 15, 16 очистки полученного в газогенераторе газа. Каждый аппарат в нижней части имеет шлюзовой затвор (позицией не обозначен) для выпуска на зольный конвейер отделенных от газа твердых включений (золы). Аппарат 14 может быть выполнен циклонного типа и оснащен теплообменником (не показан), например, спиральным, вход которого связан с воздухоподающим устройством (вентилятором, воздуходувкой, компрессором) 17 посредством канала 18, а выход посредством канала 19 связан с воздушным входом газогенератора 11 для подачи подогретого воздуха.
Второй аппарат 15 модуля 3 также может быть выполнен циклонного типа. Аппарат 15 оснащен теплообменником (не показан), например, спирального типа, вход и выход которого связаны каналами с устройством охлаждения 20 хладагента (например, градирней). Циркуляция хладагента по образованному контуру осуществляется наосом 21.
Третий аппарат 16 модуля 3 является финишным пылеочистителем генераторного газа и может быть выполнен циклонно-инерционного типа.
Модуль 4 переработки подготовленного генераторного газа в тепло и электроэнергию (фиг.5) содержит газо-поршневой двигатель 22, с входом которого (с камерой сгорания) связан смеситель 23, один вход смесителя связан с системой подачи воздуха (не показана), а другой - с газовым выходом аппарата 16. Двигатель 22 оснащен устройством зажигания 24. Вал двигателя 22 через муфту 25 связан с валом ротора электрогенератора 26, предназначенного для выработки электрической энергии, направляемой потребителю. Газовый выход двигателя 22 и выход его системы охлаждения связаны с теплообменником 27.
Для обеспечения работы установки к ней подведены системы электропитания, водо- и воздухоснабжения и другие, необходимые для обеспечения функционирования установки. Все транспортирующие системы установки (упомянутые в заявке как связи), соединяющие ее устройства и аппараты: транспортеры, газо-, водо-, паро- и воздухопроводы выполнены известным образом и поэтому в материалах заявки не раскрыты. Конструкция используемых в установке устройств и агрегатов, не описанная в настоящей заявке, является стандартной.
Установка работает следующим образом.
Предназначенные для переработки (газификации) горючие материалы (отходы) подают, например, ковшовым погрузчиком или транспортером в обезвоживатель 5 модуля 1. В обезвоживателе из отходов удаляются излишки влаги. Отжатая влага очищается в устройстве 6 и направляется в водосборник (не показан), а обезвоженные отходы подаются в измельчитель 7, где осуществляется их измельчение до заданной степени крупности. После измельчения отходы являются топливом, готовым для дальнейшей переработки (газификации) в газогенераторе. В случае необходимости полученное топливо может быть смешано с наполнителем и/или спрессовано в брикеты, или гранулировано.
Подготовленное в модуле 1 топливо подается в модуль 2 газификации, где оно накапливается в бункере 8 и дозатором 9 выдается на конвейер 10, по которому поступает в газогенератор 11. В процессе газификации топлива в газогенераторе образуются генераторный газ и твердый остаток (зола). Зола из газогенератора выдается через шлюзовой затвор 12 на зольный конвейер 13, по которому она подается в зольный бункер (не показан).
Полученный в газогенераторе 11 генераторный газ подается на модуль 3 очистки и охлаждения генераторного газа.
С газового выхода газогенератора 11 полученный генераторный газ подается на аппарат 14 модуля 3. В циклоне первого аппарата 14 осуществляется первичная очистка газа от механических примесей и его начальное охлаждение, которое осуществляется воздухом, пропускаемым через теплообменник данного аппарата воздухоподающим устройством 17 и направляемым в газогенератор 11 в качестве окислителя при проведении газификации топлива. Таким образом, в аппарате 14 осуществляется первичная очистка генераторного газа и его охлаждение за счет теплообмена между генераторным газом и воздухом, подаваемым в аппарат воздухоподающим устройством 17, при этом воздух нагревается и поступает в газогенератор, что улучшает процесс газификации топлива и повышает КПД газогенератора, а генераторный газ охлаждается и поступает на второй аппарат 15.
В циклоне второго аппарата осуществляется дальнейшая очистка генераторного газа от механических примесей и дальнейшее его охлаждение хладагентом, циркулирующим через теплообменник второго аппарата. Циркуляция хладагента осуществляется за счет работы насоса 21. Охлаждение хладагента осуществляется в градирне 20. Пропускаемый через аппарат 15 генераторный газ отдает тепло хладагенту. Таким образом, во втором аппарате 15 осуществляется дальнейшая очистка газа и его охлаждение за счет теплообмена между генераторным газом и хладагентом. Регулирование режимов циркуляции хладагента за счет регулирования режимов работы насоса 21 обеспечивает охлаждение генераторного газа до заданной температуры. Хладагент охлаждается на градирне 20.
Использование в конструкции установки двух теплообменников - очистителей генераторного газа позволяет повысить эффективность очистки генераторного газа, обеспечить подогрев подаваемого в газогенератор воздуха, используя его в качестве хладагента, а также обеспечить на выходе генераторный газ заданной температуры и чистоты.
В третьем аппарате 16 осуществляется окончательная очистка генераторного газа.
Уловленный в аппаратах 14, 15, 16 твердый остаток шлюзовыми затворами аппаратов выводится на зольный конвейер 13.
Кроме твердого остатка в процессе охлаждения из генераторного газа конденсируются пары воды и смола, которые в аппаратах 14 и 15 отделяются от генераторного газа и подаются на утилизацию известным образом.
Очищенный и охлажденный до заданной температуры генераторный газ с выхода аппарата 16 подается на газовый вход смесителя 23 модуля 4, где смешивается с подаваемым в смеситель воздухом и образованная топливная газовоздушная смесь поступает в газо-поршневой двигатель 22, где поджигается устройством 24. В результате сгорания топливной смеси приводится во вращение вал газо-поршневого двигателя, который через муфту 25 вращает вал ротора электрогенератора 26, вырабатывающего электрический ток, который подается потребителю. Выхлопные газы двигателя и нагретая в двигателе охлаждающая жидкость из системы его охлаждения направляются в теплообменник 27, где они передают тепло теплоносителю (вода, пар) направляемому потребителям. Охлажденные в теплообменнике выхлопные газы выбрасываются в атмосферу. Охлаждающая жидкость после снижения температуры в теплообменнике 27 возвращается на охлаждение двигателя.