УСТАНОВКА ДЛЯ ПРЯМОТОЧНОЙ ГАЗИФИКАЦИИ ВОДОУГОЛЬНОЙ СУСПЕНЗИИ

Полезная модель относится к энергетике и может быть использована для газификации водоугольных суспензий, приготавливаемых из низкосортных, высокозольных углей и их отходов.
Известен газификатор угля или угольной смеси, содержащий корпус, в который введен дутьевой канал, расположенный в верхней части корпуса, канал для отвода полученного газа, а также нагреватель, установленный на донной части корпуса в его центре. Дутьевой канал выполнен в виде трубы, выход которой размещен над электронагревателем. Для работы газификатора полость корпуса заполняют сырьем (дисперсным углем или угольной смесью), включают электронагреватель и через дутьевой канал подают в зону нагревателя дутье (воздух, водяной пар, кислород). В результате в корпусе вблизи электронагревателя осуществляется пиролиз сырья. Образовавшийся в результате реакции горючий газ через отводной канал подается в накопительную емкость или непосредственно потребителю. Твердый остаток (зола, кокс) заполняет нижнюю полость корпуса, а непрореагировавшее сырье под действием сил гравитации опускается к электронагревателю и подвергается пиролизу. (см. патент РФ №2097406, кл. C10J 3/20, 1997 г.).
В результате анализа выполнения данного газификатора необходимо отметить, что он не обеспечивает непрерывного процесса работы, а построен на принципе периодического действия (сырье загружается порциями), что определяет его чрезвычайно низкую производительность, причем процесс пиролиза осуществляется только вблизи электронагревателя, что также снижает производительность работы газогенератора, при этом сырье, находящееся у стенок корпуса, практически не проходит реакцию пиролиза, и направляется в отходы, причем отходы, откладываясь в нижней части корпуса, ухудшают условия нагрева сырья электронагревателем, процесс пиролиза резко замедляется и в данном случае необходимо останавливать газогенератор и проводить его профилактику.
Известен газогенератор, содержащий камеру сушки и пиролитического разложения сырья, загружаемого в камеру загрузочным устройством. С выходом камеры сушки и пиролитического разложения сырья связана камера горения с зонами регенерации и очистки генераторного газа, сепаратор генераторного газа и охладитель. Газогенератор магистралями связан с системой подачи воздуха в зону горения и оснащен системой водяного охлаждения.
(см. патент РФ №2303050, кл. C10J 3/20, 2007 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа выполнения данного газогенератора необходимо отметить, что процесс предварительного высушивания сырья с его пиролизным разложением с последующим сжиганием пиролизных отходов длителен во времени, требует сложных систем очистки и мощной системы охлаждения, что усложняет конструкцию газогенераторной установки.
Задачей настоящей полезной модели является разработка установки для газификации сырья, построенной на принципе непрерывного действия, характеризующейся высокой производительностью газификации и позволяющей получить газ высокой степени очистки, а также удобной при работе и в обслуживании.
Поставленная задача обеспечивается тем, что в установке для прямоточной газификации водоугольной суспензии, содержащей газогенератор, имеющий возможность соединения через управляемые клапаны с емкостью для водоугольной суспензии, магистраль подачи через управляемый клапан в полость газогенератора обогащенного воздуха и сепаратор для очистки полученного газа, состыкованный с корпусом газогенератора, новым является то, что установка снабжена форсуночным модулем, установленным у одного из торцов газогенератора и оснащенным устройством поджига рабочей смеси, форсуночный модуль содержит два блока топливных форсунок, воздушные форсунки и разогревающую форсунку, имеющую возможность соединения через управляемые клапаны с емкостью для горючего газа и с линией подачи воздуха, топливные форсунки имеют возможность соединения через управляемые клапаны с емкостью для водоугольного топлива и с линией подачи обогащенного воздуха, с которой также имеют возможность соединения через управляемый клапан воздушные форсунки, причем в корпусе газогенератора имеется
охлаждающая полость, предназначенная для прокачки обогащенного воздуха при подаче его на форсуночный модуль.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых:
на фиг.1 - схема установки для прямоточной газификации водоугольной суспензии;
на фиг.2 - газогенератор, осевой разрез.
Установка для прямоточной газификации водоугольной суспензии содержит газогенератор, выполненный в виде корпуса 1, например, цилиндрической формы, на внутреннюю поверхность которого нанесена футеровка 2. Снаружи корпуса 1 имеется оболочка 3, образующая с наружной поверхностью корпуса полость для прокачки воздуха, подаваемого в корпус газогенератора для проведения пиролиза сырья. Входной коллектор тракта обозначен позицией 4. Со стороны одного торца корпус 1 имеет форму конуса 5, на котором размещен отводной коллектор 6.
Газогенератор смонтирован на раме 7, на которой крепится также форсуночный модуль 8, состыкованный с другим торцом корпуса и состоящий из первого блока топливных форсунок 9, установленных под разными углами по отношению к оси корпуса 1 и второго блока топливных форсунок 10. Форсуночный модуль также содержит разогревающую газовую форсунку 11 с отдельным подводом газового и воздушного компонентов.
Газогенератор также содержит зольник 12 для сбора непрореагировавших частиц и извлечения их через съемное дно.
На раме 7 имеется балка 13, к которой прикреплен коллектор 14 подвода к форсункам водоугольной суспензии, а также коллектор 15 для подвода подогретого воздуха к форсункам 9 и 10 (топливным форсункам). Зажигание горючей смеси осуществляется устройством поджига 16, например, плазмотроном.
К фланцу конической части 5 корпуса 1 пристыкован аэросепаратор 17, имеющий выходной коллектор 18.
Разогревающая форсунка 11 магистралью 19 связана с емкостью 20 для горючего газа, а магистралью 21 с источником подачи обогащенного воздуха (под обогащенным воздухом в настоящей заявке понимается воздух с содержанием
кислорода не менее 50%). В магистрали 19 установлен управляемый клапан 22, а в магистрали 21 - управляемый клапан 23.
Входной коллектор 4 соединен с магистралью 24 подачи обогащенного воздуха.
Отводной коллектор 6 магистралью 25 через коллектор 15 связан с магистралями 26.1, 26.2, 26.3. В магистралях 26.2 и 26.3 установлены управляемые клапаны 27 и 28.
Установка также оснащена емкостями (не показаны) для водоугольной суспензии (водоугольного топлива - ВУТ), азота, воды.
Емкость для водоугольной суспензии магистралью 29, в которой установлен управляемый клапан 30, соединена с топливными форсунками первого блока.
Емкость для азота магистралью 31, в которой установлен управляемый клапан 32, соединена с магистралью подачи водоугольного топлива к форсункам.
Емкость для воды посредством магистрали 33, в которой установлен управляемый клапан 34, соединена с магистралью 29.
В магистрали 24 установлен управляемый клапан 35.
В форсуночный модуль входит также блок воздушных форсунок 36, которые наиболее целесообразно устанавливать под углом к оси корпуса 1 газогенератора.
В ответвлении 29.1 магистрали 29 установлен управляемый клапан 37 для подачи водоугольной суспензии к топливным форсункам 10.
Конструкция узлов, агрегатов, систем, входящих в состав установки является известной, не составляет предмета патентной охраны для настоящей заявки и в ее материалах не раскрыта.
Установка работает следующим образом.
Установка может эксплуатироваться как в ручном, так и в автоматическом режимах. Работу установки рассмотрим на примере ее функционирования в автоматическом режиме.
Работа установки начинается с ее запуска, который осуществляется в три стадии.
На первой стадии запуска система управления дает команду на включение устройства поджига 16 и открытие клапанов 22 и 23.
По магистралям 19 и 21 к разогревающей форсунке 11 подводятся горючий газ и обогащенный воздух. Газовоздушная смесь на выходе форсунки 11 поджигается устройством 16. Продукты сгорания газовоздушной смеси, перемещаясь внутри
корпуса 1, разогревают его. Температура нагрева корпуса определяется датчиками температуры, данные с которых поступают в систему управления.
При разогреве корпуса 1 до заданной температуры начинается вторая стадия запуска, в соответствии с которой система управления дает команду на открытие клапанов 35, 27, 30, в результате чего подогретый обогащенный воздух поступает через форсунки 36 в полость корпуса 1, на форсунки первого блока. При открытом клапане 30 водоугольная суспензия по магистрали 29 поступает на вход форсунок 9 первого блока и через них в полость корпуса 1. Таким образом при открытом клапане 35 обеспечивается подача через коллектор 4 обогащенного воздуха в охлаждающую полость корпуса для охлаждения последнего и разогрева воздуха. По магистрали 25 через коллектор 15 он поступает к клапанам 27 и 28 и на форсунки 9 первого блока. Таким образом в полость корпуса 1 поступает перемешанная с обогащенным воздухом водоугольная суспензия, которая воспламеняется за счет тепла продуктов горения газовоздушной смеси, поступающей в полость корпуса от форсунки 11, а также от плазмотронов 16.
Продукты сгорания обогащенной водоугольной суспензии дополнительно разогревают корпус 1 (промежуточный режим работы газогенератора).
После выхода газогенератора на промежуточный режим работы инициируется третья стадия запуска газогенератора, для чего система управления дает команду на перекрывание клапанов 22 и 23, прекращая подачу обогащенного воздуха и газа в форсунку 11, горение которой прекращается.
Далее система управления дает команду на открывание клапана 27, обеспечивая подачу обогащенного воздуха с выхода рубашки охлаждения на турбулизационно -стабилизирующие форсунки 36, установленные таким образом, чтобы обеспечивать завихрение потока, интенсифицируя и стабилизируя тем самым процесс горения. Воздух в данном случае подается с полным расходом, обеспечивая эффективное охлаждение корпуса.
Затем система управления дает команду на открытие клапанов 28 и 37, для обеспечения поступления водоугольной суспензии на форсунки второго блока и через них, в полость корпуса 1. Клапан 28 обеспечивает поступление обогащенного воздуха на вход форсунок второго блока.
В полости корпуса топливовоздушная смесь воспламеняется под действием тепла продуктов сгорания суспензии и воздуха, поступающих на форсунки первого блока под действием устройства поджига 16.
Продукты пиролиза, образовавшиеся в результате реакции с обогащенным воздухом водоугольной суспензии с выхода газогенератора поступают в аэросепаратор 17, где от полученного пиролизного газа происходит отделение твердой несгораемой фракции (несгоревшего угля, золы). Пиролизный газ поступает через коллектор 18 в накопительные емкости или потребителю, а несгоревшие фракции удаляются наружу. Установка вышла на установившийся режим работы.
На установившемся режиме работы система управления периодически «опрашивает» датчики и по их показаниям в случае необходимости корректирует режим работы установки. При выходе какого - либо параметра за пределы допустимых значений система управления производит коррекцию режимов ее работы или отключение установки.
Плановое отключение установки осуществляется по команде системы управления, которая выдает команду на открытие клапанов 22 и 23. Газ и обогащенный воздух поступают на форсунку 11 и образовавшаяся газовоздушная смесь воспламеняется в зоне горения водоугольной суспензии. Сразу после этого система управления дает команду на закрытие клапанов 37 и 28, что приводит к прекращению поступления водоугольной суспензии и обогащенного воздуха в форсунки второго блока. Работа газогенератора переходит в промежуточный режим.
Далее система управления дает команду на закрывание клапанов 30 и 35, что приводит к прекращению поступления водоугольной суспензии и обогащенного воздуха в форсунки первого блока. Процесс пиролиза прекращается.
Далее система управления дает команды на открытие клапана 34, обеспечивая подачу воды из магистрали 33 в магистраль подачи водоугольной суспензии для промывания магистрали и форсунок.
Остатки несгоревшего угля и золы выносятся из полости корпуса 1 под действием продуктов сгорания смеси, поступающей из форсунки 11.
Далее перекрываются клапаны 22 и 23, прекращая работу форсунки 11.
Дается команда на открытие клапана 32 для поступления азота в магистраль подачи водоугольной суспензии. Азот обеспечивает продувание магистрали, форсунок от остатков водоугольной суспензии и полости корпуса 1 от пиролизных остатков.
Конструкция установки обеспечивает ее функционирование в непрерывном режиме, а также обеспечивает очистку полученного газа. Использование двух блоков форсунок и подача в полость корпуса обогащенного воздуха обеспечивает эффективное протекание процесса горения рабочей смеси, практически полное ее сгорание. Профилактические работы на установке (очистка магистралей, форсунок, полости газогенератора) проводятся при выполнении цикла ее отключения.