ГАЗОГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к области переработки твердого топлива, в частности, к газогенераторам обращенного процесса газификации. Она может быть использована для получения газа в результате сжигания древесины (древесных чурок, опилок и др. отходов).
Известно устройство - газогенератор (пат. РФ №2123635, МПК F22B 33/18, от 08.05.1997 г.), содержащее корпус, размещенный в верхней части корпуса патрубок отвода газов, узел загрузки топлива, включающий приемный и промежуточный бункеры, шнек, колосниковую решетку, средства подвода в газогенератор дутьевого воздуха и водяного пара, ворошитель.
Система подачи топлива усложнена. Использование в устройстве топлива в виде влажных, смолосодержащих древесных отходов не позволит качественно провести процесс горения из-за образования плотного свода над камерой горения, пропитанных смолой обуглившихся частиц, что приводит к прекращению поступления топлива в зону горения. Ворошитель в данном случае неэффективен.
К тому же, размещение органического топлива непосредственно в корпусе приведет к быстрому разъеданию стенок кислотой, образующейся в результате горения древесного материала. Плоский верх корпуса удерживает влагу из топлива, что отрицательно скажется на качестве получаемого газа. Система вывода газа предполагает присутствие в газовом потоке значительного выброса твердых дисперсных частиц.
В качестве прототипа выбрано устройство газогенератора обращенного типа газификации (пат. №2280820, МПК F24H 1/00, от 10.06.2004 г.), как наиболее близкое заявляемой полезной модели по технической сущности и положительному эффекту, содержащее цилиндрический корпус, размещенный в корпусе, с образованием кругового зазора, внутренний бункер цилиндрической формы с переходом в форму усеченного конуса внизу, загрузочный откидной люк, камеру газификации с фурменным поясом по окружности, в фурмах которого размещены воздуховоды низкого давления для подачи воздуха в камеру газификации, колосниковую решетку, зольник.
Поскольку активная зона в газогенераторе занимает пространство от фурменного пояса до нижней части камеры газификации, то, в случае горения сортов топлива, имеющего повышенное содержание смолистых веществ, в зоне сухой перегонки, в основном в переходе от цилиндрической части внутреннего бункера к конической и выше, образуется свод из обуглившегося топлива пропитанного смолой, препятствующий обуглившейся части и вновь поступающему топливу перемещаться вниз в активную зону. Из фурм подается воздух в камеру газификации в радиальном направлении и вниз, что и приводит к неравномерному распределению температуры в зоне сухой перегонки, способствуя появлению плотного свода в виде арки, из покрытых и пропитанных смолой частей топливных элементов.
За счет плоской формы нижней части загрузочного люка, размещенного в верхней части корпуса, т.е. крышки корпуса, выход влаги из бункера затруднен (из зоны подсушки топлива), что приводит к проблеме использования сильно увлажненного топлива. КПД устройства снижается за счет подачи с замедлением в зону горения атмосферного воздуха из фурм, размещенных в один ряд (тепло, отбираемое и в зоне горения и в зоне регенерации, снижает температуру в этих зонах).
Задачей заявляемой полезной модели является расширение границы активной зоны, оптимизация процесса газоотвода и процесса конденсации воды.
Задача была решена за счет того, что известное устройство - газогенератор, содержащий цилиндрический корпус, размещенный в корпусе, с образованием кругового зазора, внутренний бункер цилиндрической формы с переходом в форму усеченного конуса внизу, загрузочный откидной люк, камеру газификации с фурменным поясом по окружности, в фурмах которого размещены воздуховоды низкого давления для подачи воздуха в камеру газификации, газоотводный патрубок, колосниковую решетку, зольник, согласно изобретению содержит верхний внешний бункер переменного сечения: верхняя часть - конус с остроконечной вершиной выполнена с большим диаметром основания, чем диаметр внутреннего бункера, средняя часть - цилиндрической формы и нижняя часть - в виде усеченного конуса, в основании конуса выполнены сквозные отверстия для конденсата, под которыми в расширенной части основания закреплен контейнер для конденсата, состоящий из камеры со сплошными боковыми поверхностями, наполненной поглотителем газа, и, сообщающейся с ней, перфорированной камеры для скопления и выхода конденсата, съемный отражатель, защищающий сквозные отверстия для конденсата от засорения, загрузочный откидной люк выполнен цилиндрической формы и размещен в нижней части конуса на уровне размещения отражателя, в корпусе камеры газификации размещен дополнительный фурменный пояс с воздуховодом высокого давления в фурмах, газоотводный патрубок закреплен с внутренней стороны верхней части внутреннего бункера в сквозном отверстии, выходящим в круговой зазор между корпусом и внутренним бункером, и установлен внутри вдоль внутреннего и внешнего бункеров с выходом в сквозное отверстие в нижней части внешнего бункера.
Совпадающие признаки с прототипом: цилиндрический корпус, размещенный в корпусе, с образованием кругового зазора, внутренний бункер цилиндрической формы с переходом в форму усеченного конуса внизу, загрузочный откидной люк, камеру газификации с фурменным поясом по окружности, в фурмах которого размещены воздуховоды низкого давления для подачи воздуха в камеру газификации, газоотводный патрубок, колосниковую решетку, зольник.
Отличительные признаки заявляемого от прототипа: устройство содержит верхний внешний бункер переменного сечения: верхняя часть - конус с остроконечной вершиной выполнена с большим диаметром основания, чем диаметр внутреннего бункера, средняя часть - цилиндрической формы и нижняя часть - в виде усеченного конуса, в основании конуса выполнены сквозные отверстия для конденсата, под которыми в расширенной части основания закреплен контейнер для конденсата, состоящий из камеры со сплошными боковыми поверхностями, наполненной поглотителем газа, и, сообщающейся с ней, перфорированной камеры для скопления и выхода конденсата, съемный отражатель, защищающий сквозные отверстия для конденсата от засорения, загрузочный откидной люк выполнен цилиндрической формы и размещен в нижней части конуса на уровне размещения отражателя, в корпусе камеры газификации размещен дополнительный фурменный пояс с воздуховодом высокого давления в фурмах, газоотводный патрубок закреплен с внутренней стороны верхней части внутреннего бункера в сквозном отверстии, выходящим в круговой зазор между корпусом и внутренним бункером, и установлен внутри вдоль внутреннего и внешнего бункеров с выходом в сквозное отверстие в нижней части внешнего бункера.
Сопоставительный анализ заявляемого устройства с прототипом показал, что заявляемое устройство содержит бункер внутренний, размещенный в корпусе и верхний внешний бункер. Верхний внешний бункер выполнен переменного сечения: верхняя часть - конус с остроконечной вершиной выполнена с большим диаметром основания, чем диаметр внутреннего бункера для увеличения пространства влагоподсушивания и предотвращения возврата конденсата в бункер, в топливо, создавая оптимальный режим высушивания, средняя часть - цилиндрической формы и нижняя часть - в виде усеченного конуса, позволяющие увеличить объем бункера, т.е. увеличить степень заполняемости топливом. К тому же, его конусная форма позволяет конденсату в полном объеме скатываться по внутренним поверхностям конуса к сквозным отверстиям и выходить в контейнер, в котором за счет наличия камеры со сплошными боковыми поверхностями, наполненной поглотителем газа и сообщающейся с ней, перфорированной камеры для скопления и выхода конденсата, происходит адсорбция и нейтрализация (в ней содержится, например, комовая известь) кислот, а во второй камере с перфорацией оперативно высушивается влага, не выводя ее в атмосферу. Съемный отражатель, установленный во внешнем верхнем бункере, позволяет защитить сквозные отверстия для конденсата от засорения. Тем более, что загрузка топлива производится через цилиндрической формы откидной люк, закрепленный в нижней части конуса на уровне размещения съемного отражателя. Газоотводный патрубок закреплен с внутренней стороны верхней части внутреннего бункера в сквозном отверстии, выходящим в круговой зазор между корпусом и внутренним бункером, и установлен внутри вдоль внутреннего и внешнего бункеров с выходом в сквозное отверстие в нижней части внешнего бункера, что позволяет усилить процесс газовыведения, высушивания топлива в зоне сухой перегонки и, соответственно, конденсирования воды в зоне подсушки его, т.к. газоотводный патрубок частично размещен во внутреннем бункере и, следовательно, нагревается до высокой температуры.
Дополнительный фурменный пояс высокого давления, размещенный над фурменным поясом низкого давления в камере газификации, периодически расширяет зону горения на момент подачи воздуха в воздуховоды, размещенные в фурмах. К тому же, дополнительные воздуховоды высокого давления, в отличие от воздуховодов низкого давления, могут размещаться при выходе из фурм под углом, образуя тангенциальный выход воздуха, т.е. с завихрением общей струи воздуха или направленные встречно друг другу, образуя дискретные свечеподобные струи воздуха, позволяющие периодически страгивать обуглившуюся массу топлива и ускорять ее горение. Тем самым организуется ускоренный перевод смолы в сажу, предотвращая образование свода из спекшегося топлива, и открытие новых поверхностей горения обуглившегося топлива. Наличие дополнительного фурменного пояса с воздуховодами высокого давления в фурмах является альтернативой вариантам, использующих механическое воздействие и элементы в виде, например, движущихся в бункере предметов: сердечников (а.с. №77734, от 24.10.1962), ворошителей с приводом (пат. РФ №2123635, МПК F22B 33/18, от 08.05.1997 г.) и т.д., экономя, к тому же, рабочее пространство устройства в пользу топлива и т.д., заменяя механическое воздействие тела на механическое воздействие воздуха.
Устройство обладает новизной, т.к. совокупность существенных признаков не известна из уровня техники. Оно промышленно применимо, т.к. не требует новых материалов при компоновке, а испытания показали, что оно может быть применено во многих областях народного хозяйства.
На фиг.1 показано схематически устройство, разрез;
на фиг.2 показан контейнер для конденсата, разрез;
на фиг.3 показан основной фурменный пояс с воздуховодом низкого давления, разрез;
на фиг.4 показан дополнительный фурменный пояс с воздуховодом высокого давления, разрез.
Устройство включает: корпус (1), верхний внешний бункер переменного сечения: верхняя часть - конус с остроконечной вершиной (2), выполнен с большим диаметром основания, чем диаметр внутреннего бункера, средняя часть (3) - цилиндрической формы, нижняя часть (4) - в виде усеченного конуса; внутренний бункер (5) цилиндрической формы с переходом в форму усеченного конуса внизу, камеру газификации (6), колосниковую решетку (7), зольник(8). В основании конуса (2) выполнены сквозные отверстия (9) для конденсата, и закреплен съемный отражатель (10), защищающий сквозные отверстия (9) для конденсата от засорения. В нижней части конуса (4) размещен на уровне размещения отражателя (10) загрузочный откидной люк цилиндрической формы. Под сквозными отверстиями (9) в расширенной части основания конуса (2) закреплен контейнер для конденсата, состоящий из камеры (12) со сплошными боковыми поверхностями, наполненный поглотителем газа (13) и сообщающейся с ней перфорированной камеры (14) для скопления и выхода конденсата. Во внутреннем бункере (5) с внутренней стороны верхней части закреплен в сквозном отверстии, выходящем в круговой зазор между корпусом (1) и внутренним бункером (5) и установлен внутри вдоль внутреннего и внешнего бункеров газоотводный патрубок (15) с выходом в сквозное отверстие в нижней части внешнего бункера к системе очистки (не показано). В камере газификации имеется фурменный пояс (16) с фурмами (17) по окружности, в фурмах которого размещены воздуховоды (18) низкого давления для подачи воздуха в камеру газификации и дополнительный фурменный пояс (19) из фурм (20) с воздуховодом (21) высокого давления в фурмах. Между конусом и внутренним бункером образован круговой зазор (22).
Устройство работает следующим образом.
После компоновки устройства (фиг.1-4) в него через откидной люк (11) цилиндрической формы поступает топливо в виде, например, древесных отходов - чурок длиной 4-7 сантиметров с любой влажностью. Древесина допускается любой степени смолистости. За счет того, что люк размещен в окружении отражателя (10), не происходит засорения сквозных отверстий (9) в расширенной части внешнего бункера (2). Топливо горит в камере газификации (6) за счет подвода воздуха в фурмы (17) фурменного пояса (16)(фиг.3) через воздуховоды низкого давления (18) и розжига (не показано).
Образующийся газ поступает из нижней части камеры газификации в круговой зазор (22) между корпусом и внутренним бункером, в газоотводный патрубок (15) и в систему газоочистки (циклон, фильтр грубой очистки, фильтр тонкой очистки) и к потребителю газа (не показано).
Над камерой газификации в зоне перегонки происходит обугливание топлива с возможным покрытием плотным слоем смолы, в случае использования смолистых видов топлива.
Поэтому для предотвращения образования свода из спекшихся частиц топлива подключают в процесс горения дополнительный фурменный пояс (19)(фиг.4), подавая периодически, импульсивно из воздуховодов (21) под большим, чем в воздуховодах (18), давлением воздух. Поскольку объем устройств может быть большим или меньшим, возможны варианты размещения в фурмах (20) воздуховодов тангенциально (для больших объемов - для страгивания обуглившегося топлива по винтовой линии в целом или навстречу друг другу - для малых объемов для страгивания обуглившегося топлива за счет резкого локального воздействия по периметру объема зоны сухой перегонки и с переходом в центре его).
При этом, в верхнем внешнем бункере, в зоне сушки, влага поднимается и конденсируется на поверхности (2) бункера, укрупняется и скатывается в отверстия (9), попадая в контейнер или контейнеры (фиг.2), вначале в камеру (12) с поглотителем или высушивающим веществом (13) типа комовая известь и т.д., который нейтрализует кислоты и осаждает смолу в парообразном состоянии, затем в камеру (14) со сквозными отверстиями в ней для охлаждения конденсата и постепенного испарения его при высыхании. Отражатель (10), при этом, защищает отверстия (9) от засорения пылевидными частицами топлива и частицами крупнее. Таким образом, устройство позволяет использовать топливо как с малой, так и с большой влажностью.
Заявляемый газогенератор имеет преимущества по сравнению с прототипом:
- устройство за счет формы верхнего внешнего бункера позволяет качественно, гарантированно ускорить сушку топлива и использовать, соответственно, его любой степени увлажненности;
- устройство, в зоне сухой перегонки, за счет дополнительного фурменного пояса, позволяет: провести процесс обугливания смолистого топлива не допуская спекания этих обугливающихся частиц и в отсутствие образования свода из этих спекшихся частиц, открывать новые поверхности топлива для горения;
- устройство за счет размещения газоотводного патрубка, закрепленного с внутренней стороны верхней части внутреннего бункера в сквозном отверстии, выходящим в круговой зазор между корпусом и внутренним бункером, и установленным внутри вдоль внутреннего и внешнего бункеров с выходом в сквозное отверстие в нижней части внешнего бункера, позволяет более эффективно провести процесс сухой перегонки с ускорением расплавления смолистых веществ и последующего перевода их в сажеобразное состояние в камере газификации;
- устройство за счет наличия приемника конденсата позволяет экологически чисто провести процесс нейтрализации конденсата (в случае образования кислот), осадить дисперсную часть вредных веществ из топлива и ускорить подсушивание влаги без выброса в атмосферу.
Источники информации, принятые во внимание:
1. Пат. РФ №2123635, МПК F22B 33/18, от 08.05.1997 г. (аналог);
2. Пат. РФ №2280820, МПК F24H 1/00, от 10.06.2004 г. (прототип).