ГАЗОГЕНЕРАТОР ДЛЯ БЕСКИСЛОРОДНОЙ ГАЗИФИКАЦИИ ВОДОУГОЛЬНОГО ТОПЛИВА

Полезная модель относится к энергетике и химической промышленности и может быть использована для получения синтез-газа путем газификации водоугольных топлив (ВУТ), приготавливаемых из различных углей.
Аналогом является поточный газогенератор, выполненный в виде корпуса цилиндрической формы, на внутреннюю поверхность которого нанесена футеровка. Газогенератор смонтирован на раме, снабженной форсуночным модулем, состыкованный с другим торцом корпуса и состоящий из первого блока топливных форсунок, установленных под разными углами по отношению к оси корпуса и второго блока топливных форсунок. На раме имеется балка, к которой прикреплен коллектор подвода к форсункам водоугольного топлива, а также коллектор для подвода подогретого воздуха к топливным форсункам. Газогенератор также содержит зольник для сбора непрореагировавших частиц и извлечения их через съемное дно (Патент 81727 от 27.03.2009).
Недостатком аналога является сложность конструкции форсуночного модуля, состоящего из двух блоков топливных форсунок, а также наличие плазмотрона для поджога смеси водоугольного топлива с обогащенным воздухом.
Прототипом является поточный газогенератор для газификации водоугольного топлива с косвенным способом охлаждения газа (Алешина А.С, Сергеев В.В. Газификация твердого топлива: учеб. пособие. СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2010. 202 с), состоящий из корпуса, футерованного изнутри огнеупорным материалом, в верхней части которого расположены подводы дутья и ВУТ, а в нижней отводы генераторного газа и шлака, а также камеры газификации и радиационного теплообменника, предназначенного для охлаждения генераторного газа и получения пара высокого давления.
Недостатком прототипа является необходимость использования в качестве окислителя кислорода, что приводит к увеличению стоимости генераторного газа, а также к протеканию реакций горения углерода топлива с образованием диоксида углерода, который является балластным для синтез-газа.
Задачей полезной модели является разработка газогенератора в котором устранены недостатки аналога и прототипа.
Техническим результатом является проведение газификации водоугольного топлива с получением синтез-газа без внешнего подвода окислителя.
Технический результат достигается тем, что газогенератор для бескислородной газификации водоугольного топлива, состоящий из корпуса, футерованного изнутри жаропрочным материалом, снабженный в верхней части форсунками для распиливания водоугольного топлива, а в нижней части отводами генераторного газа и шлака, согласно настоящей полезной модели, форсунки расположены на кольцевом коллекторе в верхней части газогенератора, а внутри корпуса установлен теплообменник, состоящий из жаровой трубы, пучка дымогарных труб, подвода газовоздушной смеси и отвода дымовых газов.
При этом подвод газовоздушной смеси и отвод дымовых газов теплообменника расположены на верхней крышке газогенератора.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображен газогенератор для бескислородной газификации водоугольного топлива. Цифрами на чертеже обозначены:
1 - корпус;
2 - футеровка;
3 - отвод синтез-газа;
4 - отвод шлака;
5 - дымогарные трубы;
6 - жаровая труба;
7 - форсунки ВУТ;
8 - кольцевой коллектор;
9 - горелка;
10 - подвод газовоздушной смеси;
11 - отвод дымовых газов.
Газогенератор состоит из корпуса 1, футерованного изнутри жаропрочным материалом 2, в верхней части корпуса 1 расположены форсунки 7 для подачи ВУТ в газогенератор, а в нижней части - отводы синтез-газа 3 и шлака 4.
Предлагаемый газогенератор отличается тем, что ВУТ поступает в него через кольцевой коллектор 8, на котором расположены форсунки 7, а внутри газогенератора расположен теплообменник, предназначенный для нагрева газовой среды внутри газогенератора, состоящий из жаровой тубы 6 с горелкой 9, в которую по подводу 10, расположенному на крышке корпуса 1, поступает газовоздушная смесь, и дымогарных труб 5, в которых проходят дымовые газы, образовавшиеся в результате горения в жаровой трубе 6, которые отводятся через отвод 11, расположенный на крышке корпуса 1.
Газогенератор работает следующим образом. ВУТ подводится по трубопроводу (условно на чертеже не показан) в кольцевой коллектор 8 и распыляется форсунками 7 в среду синтез-газа, находящегося при температуре 1100-1500 K. Часть синтез-газа отводится из отвода 3, очищается и вместе с воздухом направляется через подвод 10 на сжигание в жаровую трубу 6. С помощью горелки 9 осуществляется стабильная подача газовоздушной смеси и ее горение в жаровой трубе 6. Образующиеся дымовые газы поднимаются вверх по дымогарным трубам 5 и отводятся через отвод 11. Синтез-газ, заполняющий газогенератор, нагревается посредством теплопередачи от горячих дымовых газов, проходящих в трубах 5. В результате температура в газогенераторе становится достаточной для проведения газификации ВУТ, где в качестве окислителя выступает влага, содержащаяся в ВУТ. Образующийся в процессе газификации синтез-газ отводится через отвод 3, а шлак через отвод 4 поступает в систему золошлакоудаления.
При газификации водоугольного топлива без подвода окислителя отсутствуют реакции окисления углерода топлива с образованием диоксида углерода. В данном процессе основной реакцией является взаимодействие углерода топлива с водяным паром с образованием компонентов синтез-газа - монооксида углерода и водорода. Для протекания данной реакции необходима тепловая энергия, которая обеспечивается наличием теплообменника внутри газогенератора.
Площадь поверхности теплообмена определяется по известным зависимостям с учетом температуры дымовых газов, коэффициентов теплопередачи через стенки дымогарных труб и производительности газогенератора.
Количество теплоты, Вт, переданной от дымовых газов к синтез-газу внутри газогенератора, можно определить уравнением теплопередачи:
2
2
поверх
где k - коэффициент теплопередачи, Вт/(мK); ΔT - температурный напор или разность температур между первичным и вторичным теплоносителями, K; F - площадь поверхности нагрева, м, рассчитываемого элемента агрегата.
2
Коэффициент теплопередачи, Вт/(мK), от дымовых газ к синтез-газу в гладких трубах поверхностей нагрева при малой толщине стенки трубы (0,002-0,004 м) определяют как для плоской многослойной стенки, что не вносит в расчет больших погрешностей:
1
2
3
М
Н
3
м
н
2
где α, α - коэффициент теплоотдачи от горячего газа к стенке и от стенки к вторичному теплоносителю, Вт/(м⋅К); δ, δ, δ - соответственно толщины слоя загрязнений (золы, сажи) на наружной поверхности труб, металлической стенки трубы, слоя накипи на внутренней поверхности трубы, м; λ, λ, λ - соответственно теплопроводности слоя загрязнения, металлической стенки и накипи, Вт/(м⋅K).
Площадь поверхности нагрева, входящую в уравнение теплопередачи, при движении дымовых газов внутри труб определяют по формуле:
вн
ср
где d - внутренний диаметры трубы, м; l - средняя длина труб в пучке или секции, м; n - число труб.
Таким образом, использование предлагаемой полезной модели позволит получать синтез-газ оптимального состава без подвода окислителя за счет тепла, переданного от дымовых газов, образующихся при сгорании части синтез-газа, газовой среде, заполняющий газогенератор.