ДВУХРЕЖИМНЫЙ ГАЗОГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к теплоэнергетической, металлургической и химической промышленности, и может быть использована для получения генераторного газа из твердого углеродсодержащего топлива.
Известен двухрежимный газогенератор, работающий в режимах прямого или обращенного процесса газификации, описанный в (WO 2007081296 А1, МПК C10J 3/26, C10J 3/22, опубл. 19.07.2007), содержащий корпус, включающий в себя пояс сушки, пояс пиролиза и пояс восстановления и окисления, включающие в себя соответствующие конусообразные секции, соединенные друг с другом, крышку корпуса с центральным загрузочным отверстием, снабженным поворотным клапаном, и колосниковую решетку, размещенную внутри зольника, центральное отверстие которого сопряжено с золоотводом. Внутри пояса сушки образована зона прямого процесса газификации. На поясе пиролиза, снабженном первой воздушной камерой и вибратором, размещен патрубок для подачи газифицирующего агента при обращенном процессе газификации. Соответствующие воздушные форсунки на поясе пиролиза установлены с возможностью изменения их положения в зависимости от типа топлива. На поясе восстановления и окисления, внутри которого образована зона обращенного процесса газификации, размещены патрубок для подачи охлаждающего воздуха при обращенном процессе газификации и патрубок для подачи подогретого газифицирующего агента при прямом процессе газификации. Зольник снабжен второй воздушной камерой. Соответствующие воздушные форсунки под колосниковой решеткой установлены с возможностью изменения их положения в зависимости от типа топлива. Соответствующие горелки соответственно размещены в первой и второй воздушных камерах.
К недостаткам этого газогенератора можно отнести высокую вероятность возникновения сбоя в процессе газификации, обусловленную следующими факторами:
Использованием в конструкции этого газогенератора вибратора, что приводит к уплотнению твердого топлива, загруженного в пояса сушки и пиролиза и, как следствие, к закупорке соответствующих воздушных форсунок в поясе пиролиза, а также к образованию свода топлива в узком месте пояса восстановления и окисления;
Использованием в конструкции этого газогенератора воздушных камер, воздух в которых по сравнению с водой имеет меньшее значение теплоемкости, что приводит к менее эффективному охлаждению пояса пиролиза и зольника в процессе газификации и, как следствие, к их перегреву и выходу из строя;
Размещением соответствующих горелок в упомянутых воздушных камерах, что приводит к тому, что при розжиге в поясе пиролиза и в поясе восстановления и окисления факел непосредственно контактирует именно с металлическими стенками соответствующих конусообразных секций упомянутых поясов и, как следствие, к быстрому выходу из строя этих конусообразных секций вследствие их перегрева.
Известен газогенератор, описанный в (US 2009064578 А1, МПК C10J 3/68, опубл. 12.03.2009), содержащий внешний вертикальный цилиндрический корпус, внутри которого установлена конусообразная секция с камерой сгорания, центральное загрузочное отверстие которой сопряжено с подающим шнеком. Во внешнем вертикальном цилиндрическом корпусе образованы верхняя и нижняя камеры, разделенные металлической пластиной. Центральное зольное отверстие камеры сгорания сопряжено с зольным шнеком, размещенным внутри нижней камеры, на боковой стенке которой расположен первый патрубок, снабженный соответствующим клапаном. На верхней стенке верхней, камеры расположены паровая форсунка и второй патрубок, снабженный соответствующим клапаном и сопряженный с коллектором. К коллектору подключены две воздушные трубки, сопряженные с соответствующими отверстиями, выполненными в конусообразной секции. На боковой стенке верхней камеры расположен третий патрубок, снабженный соответствующим клапаном.
К недостаткам данного газогенератора можно отнести то, что в данной конструкции газогенератора предусмотрена возможность осуществления только обращенного процесса газификации. Кроме того, недостатком данного газогенератора также является высокая вероятность возникновения сбоя в процессе газификации, обусловленная следующими факторами:
Использованием в конструкции этого газогенератора для подачи газифицирующего агента в камеру сгорания узла сложной конфигурации, содержащего второй патрубок, коллектор и восемь воздушных труб, а также необходимые связи между ними, что в частности обуславливает неравномерность подачи в камеру сгорания газифицирующего агента, а в целом приводит к усложнению конструкции данного газогенератора и, как следствие, к усложнению проведения обслуживания и ремонта данного узла;
Отсутствием водяной рубашка в конструкции этого газогенератора, что приводит к перегреву камеры сгорания и выходу ее из строя.
Наиболее близким техническим - решением (прототипом) к заявленному является газогенератор, описанный в (US 4309195 А, МПК C10J 3/68, опубл. 05.01.1982), содержащий корпус, включающий внешнюю и внутреннюю верхние секции корпуса, между которыми образовано первое кольцевое пространство, открытое снизу, нижнюю секцию корпуса, внутри которой образована нижняя зона, крышку корпуса с центральным загрузочным, отверстием, сопряженным с бункером углеродсодержащего топлива, и колосниковую решетку.
К недостаткам прототипа относится то, что в данной конструкции газогенератора предусмотрена возможность осуществления только обращенного процесса газификации. Кроме того, недостатком прототипа также является высокая вероятность возникновения сбоя в процессе газификации, обусловленная следующими факторами:
Разделением кольцевого пространства на верхнюю и нижнюю части и использованием в конструкции этого газогенератора узла для отвода газогенераторного газа сложной конфигурации, состоящего из множества разнесенных труб, радиально выступающих на верхней и на нижней внешних секциях корпуса газогенератора соответственно, соответствующих кольцевых коллекторов, соответствующих трубопроводов, циклона, а также необходимых связей между ними, что приводит к усложнению данной конструкции газогенератора в целом, а также к усложнению проведения обслуживания и ремонта данного узла в частности;
Использованием в конструкции этого газогенератора узла сложной конфигурации, состоящего из двух коллекторных труб, сообщающихся с трубопроводом, снабженным конусом распределения воздуха/пара в зоне окисления, что приводит к отсутствию перепада давления между пространством внутри верхней внутренней секции корпуса газогенератора и зоной окисления и, как следствие, к неработоспособности данного узла;
Отсутствием в конструкции этого газогенератора водяной рубашки, что приводит к перегреву камеры сгорания и выходу ее из строя.
Задачей полезной модели является создание простого двухрежимного газогенератора, работающего в режимах прямого или обращенного процесса газификации.
Технический результат, обеспечиваемый при осуществлении заявленной полезной модели, заключается в снижении вероятности возникновения сбоя в режимах прямого или обращенного процесса газификации.
Поставленная задача решается тем, что двухрежимный газогенератор, содержащий корпус, включающий внешнюю 1 и внутреннюю 2 верхние секции корпуса, между которыми образовано первое кольцевое пространство 3, открытое снизу, нижнюю 4 секцию корпуса, внутри которой образована нижняя зона, крышку 5 корпуса с центральным загрузочным отверстием, сопряженным с бункером 6 твердого углеродсодержащего топлива, и колосниковую решетку 7, согласно полезной модели дополнительно снабжен конусообразной секцией 8 с рабочей зоной 9, коаксиально расположенной внутри внутренней 2 верхней секции корпуса, при этом большее основание конусообразной секции 8 соединено с крышкой 5 корпуса, а под меньшим основанием конусообразной секции 8 расположена колосниковая решетка 7, размещенная внутри нижней 4 секции корпуса, причем между упомянутой конусообразной секцией 8 и внутренней 2 верхней секцией корпуса образовано второе кольцевое пространство 10, связанное с рабочей зоной 9, на крышке 5 корпуса смонтированы патрубок 11, предназначенный для подачи газифицирующего агента внутрь второго кольцевого пространства 10 в режиме прямого процесса газификации, дутьевая штанга 12, предназначенная для подачи газифицирующего агента внутрь рабочей зоны 9 в режиме обращенного процесса газификации, и первый выпускной патрубок 13, предназначенный для вывода генераторного газа из рабочей зоны 9 в режиме прямого процесса газификации, а второй выпускной патрубок 14, предназначенный для вывода генераторного газа из первого кольцевого пространства. 3 в режиме обращенного процесса газификации, смонтирован на внешней 1 верхней секции корпуса.
В частном случае реализации внешняя 1 верхняя секция корпуса снабжена водяной рубашкой 15. Как вариант, упомянутая водяная рубашка 15 снабжена водоуказательным стеклом 16.
об
В частном случае реализации стенка конусообразной секции 8 имеет угол наклона, значение которого выбрано большим, чем угол естественного обрушения α твердого углеродсодержащего топлива.
В частном случае реализации на упомянутой дутьевой штанге 12 выполнены дутьевые отверстия 17, расположенные в рабочей зоне 9.
В частном случае реализации на крышке 5 корпуса выполнены по крайней мере два отверстия, в которые вставлены температурные зонды 18.
В частном случае реализации в центральное загрузочное отверстие в крышке 5 корпуса вставлена цилиндрическая обечайка 19 с крышкой, на боковой поверхности которой выполнено отверстие, сопряженное посредством топливного трубопровода 20 с выгрузным отверстием бункера 6 твердого углеродсодержащего топлива. Как вариант, в центральное отверстие в крышке цилиндрической обечайки 19 вставлена упомянутая дутьевая штанга 12, коаксиально расположенная внутри конусообразной секции 8.
В частном случае реализации колосниковая решетка 7, размещенная внутри нижней 4 секции корпуса, установлена с возможность вращения на упомянутой дутьевой штанге 12, нижний конец которой зафиксирован посредством упора 21 на дне нижней 4 секции корпуса, а на нижней 4 секции корпуса над колосниковой решеткой 7 смонтированы патрубок 22 для розжига твердого углеродсодержащего топлива и датчик температуры 23.
Кроме того, нижняя 4 секция корпуса снабжена по крайней мере двумя многофункциональными люками 24.
За счет образования внутри корпуса заявленного газогенератора первого кольцевого пространства 3, открытого снизу, и второго кольцевого пространства 10, связанного с рабочей зоной 9, а также за счет наличия в конструкции заявленного газогенератора патрубка 11, предназначенного для подачи газифицирующего агента внутрь второго кольцевого пространства 10 в режиме прямого процесса газификации, дутьевой штанги 12, предназначенной для подачи газифицирующего агента внутрь рабочей зоны 9 в режиме обращенного процесса газификации, первого выпускного патрубка 13, предназначенного для вывода генераторного газа из рабочей зоны 9 в режиме прямого процесса газификации, и второго выпускного патрубка 14, предназначенного для вывода генераторного газа из первого кольцевого пространства 3 в режиме обращенного процесса газификации, заявленный газогенератор работает в режимах прямого или обращенного процесса газификации. При этом конструкция заявленного газогенератора по сравнению с описанными выше конструкциями известных газогенераторов упрощается, что приводит к снижению вероятности возникновения сбоя в режимах прямого или обращенного процесса газификации.
В частном случае реализации снабжение нижней 4 секции корпуса по крайней мере двумя многофункциональными люками 24, в частности предназначенными для розжига твердого углеродсодержащего топлива, приводит к тому, что при розжиге факел непосредственно контактирует только с твердым углеродсодержащим топливом. Это устраняет возможность перегрева стенок корпуса заявленного газогенератора и, как следствие, также приводит к снижению вероятности выхода из строя заявленного газогенератора.
об
В частном случае реализации выполнение на дутьевой штанге 12 дутьевых отверстий 17, расположенных в рабочей зоне 9, исключает их закупорку твердым углеродсодержащим топливом, а выбор угла наклона стенки конусообразной секции 8 большим, чем угол естественного обрушения α твердого углеродсодержащего топлива, исключает образование его свода в узком месте рабочей зоны 9. Исключение закупорки дутьевых отверстий 17 и образования свода твердого углеродсодержащего топлива приводит к снижению вероятности возникновения сбоя в режимах прямого или обращенного процесса газификации.
В частном случае реализации наличие водяной рубашки 15 обуславливает более эффективный теплообмен между отводимым генераторным газом и выше перечисленными секциями корпуса заявленного двухрежимного газогенератора и, как следствие, приводит к устранению их перегрева. Устранение перегрева выше упомянутых секций корпуса заявленного двухрежимного газогенератора также приводит к снижению вероятности выхода из строя газогенератора.
На фиг. 1 приведен схематично общий вид в вертикальном разрезе заявленного двухрежимного газогенератора; на фиг. 2 - вид сверху заявленного двухрежимного газогенератора; на фиг. 3 представлена схематично схема осуществления в заявленном двухрежимном газогенераторе режима прямого процесса газификации; на фиг. 4 - схема осуществления в заявленном двухрежимном газогенераторе режима обращенного процесса газификации.
Заявленный двухрежимный газогенератор, работающий в режимах прямого или обращенного процесса газификации, содержит цилиндрический корпус, включающий внешнюю 1 и внутреннюю 2 верхние секции корпуса, между соответствующими стенками которых образовано первое кольцевое пространство 3, открытое снизу, нижнюю 4 секцию корпуса, крышку 5 корпуса с центральным загрузочным отверстием, сопряженным с бункером 6 твердого углеродсодержащего топлива, и колосниковую решетку 7.
К внутренней поверхности крышки 5 корпуса прикреплены верхние торцы внешней 1 и внутренней 2 верхних секций корпуса. Верхний торец нижней 4 секции корпуса прикреплен к нижнему торцу внешней 1 верхней секции корпуса. Внутри нижней 4 секции корпуса образована нижняя зона, предназначенная для розжига твердого углеродсодержащего топлива, а также для чистки от золы и шлака.
об
Заявленный двухрежимный газогенератор дополнительно снабжен конусообразной секцией 8, коаксиально расположенной внутри внутренней 2 верхней секции корпуса. Стенка конусообразной секция 8 имеет угол наклона, значение которого выбрано большим, чем угол естественного обрушения α твердого углеродсодержащего топлива. При этом большее основание конусообразной секции 8 соединено с внутренней поверхностью крышки 5 корпуса, а под меньшим основанием конусообразной секции 8 расположена колосниковая решетка 7, размещенная внутри нижней 4 секции корпуса. Внутри конусообразной секции 8 образована рабочая зона 9, а между соответствующими стенками упомянутой конусообразной секцией 8 и внутренней 2 верхней секцией корпуса образовано второе кольцевое пространство 10, связанное с рабочей зоной 9. Причем первое кольцевое пространство 3, открытие снизу, связано с нижней и с рабочей 9 зонами.
Как видно на фиг. 1 и 2, на крышке 5 корпуса смонтированы патрубок 11, дутьевая штанга 12 и первый выпускной патрубок 13. Патрубок 11 предназначен для подачи газифицирующего агента внутрь второго кольцевого пространства 10 в режиме прямого процесса газификации. Дутьевая штанга 12 предназначена для подачи газифицирующего агента внутрь рабочей зоны 9 в режиме обращенного процесса газификации.
Первый выпускной патрубок 13 предназначен для вывода генераторного газа из рабочей зоны 9 в режиме прямого процесса газификации.
Второй выпускной патрубок 14, предназначенный для вывода генераторного газа из первого кольцевого пространства 3 в режиме обращенного процесса газификации, смонтирован на внешней 1 верхней секции корпуса.
Как видно на фиг. 1, внешняя 1 верхняя секция корпуса снабжена водяной рубашкой 15. Как вариант, упомянутая водяная рубашка 15 снабжена водоуказательным стеклом 16. При этом на упомянутой дутьевой штанге 12 выполнены дутьевые отверстия 17, расположенные в рабочей зоне 9.
При этом на крышке 5 корпуса выполнены по крайней мере два отверстия, в которые вставлены температурные зонды 18, а в центральное загрузочное отверстие в крышке 5 корпуса вставлена цилиндрическая обечайка 19 с крышкой, на боковой поверхности которой выполнено отверстие, сопряженное посредством топливного трубопровода 20 с выгрузным отверстием бункера 6 твердого углеродсодержащего топлива. Кроме того, в центральное отверстие в крышке цилиндрической обечайки 19 вставлена упомянутая дутьевая штанга 12, коаксиально расположенная внутри конусообразной секции 8. Как видно на фиг. 1, температурные зонды 18, предназначенные для контроля температуры в рабочей зоне 9, имеют разную длину.
При этом колосниковая решетка 7, размещенная внутри нижней 4 секции корпуса, установлена с возможность вращения на упомянутой дутьевой штанге 12, нижний конец которой зафиксирован посредством упора 21 на дне нижней 4 секции корпуса (см. фиг. 1).
Как видно на фиг. 1, на нижней 4, секции корпуса над колосниковой решеткой 7 смонтированы патрубок 22 для розжига твердого углеродсодержащего топлива и датчик температуры 23. Датчик температуры 23 предназначен для контроля температуры твердого углеродсодержащего топлива в нижней зоне над колосниковой решеткой 7. Кроме того, для доступа в нижнюю зону нижняя 4 секция корпуса снабжена по крайней мере двумя многофункциональными люками 24. Упомянутые люки 24 предназначены для розжига твердого углеродсодержащего топлива, а также для чистки нижней зоны от золы и шлака.
Заявленный двухрежимный газогенератор работает следующим образом.
Твердое углеродсодержащее топливо (например, уголь) из соответствующего бункера 6 через топливный трубопровод 20 поступает в рабочую зону 9, а затем на вращающуюся колосниковую решетку 7 в нижней зоне.
Заполняют водой водяную рубашку 15. Уровень воды в водяной рубашке 15 контролируют посредством водоуказательного стекла 16.
Твердое углеродсодержащее топливо на вращающейся колосниковой решетке 7 обдувают горючим газом, поступающим внутрь нижней зоны посредством соответствующего патрубка 22. Производят розжиг обдуваемого твердого углеродсодержащего топлива через многофункциональные люки 24. После образования устойчивого горения угля упомянутые люки 24 закрывают. Посредством датчика температуры 23 контролируют значение температуры горения твердого углеродсодержащего топлива над колосниковой решеткой 7, а посредством температурных зондов 18 контролируют соответствующие значения температуры горения твердого углеродсодержащего топлива на разных уровнях внутри рабочей зоны 9.
Значение температуры горения твердого углеродсодержащего топлива подбирают в зависимости от типа загруженного топлива, от режима работы заявленного двухрежимного газогенератора и от типа газифицирующего агента.
Газификация твердого углеродсодержащего топлива происходит путем преобразования его органической части в горючие газы при высокотемпературном нагреве в различных средах.
В качестве газифицирующего агента внутрь заявленного двухрежимного газогенератора подают воздух или кислород, или водяной пар из водяной рубашки 15 температурой 120°С и давлением 3 кгс/см2, а также их смесь в любой пропорции.
Как видно на фиг. 3, в режиме прямого процесса газификации газифицирующий агент (например, воздух) подают через патрубок 11 внутрь второго кольцевого пространства 10, связанного с рабочей зоной 9. Подачу газифицирующего агента внутрь второго кольцевого пространства 10 осуществляют равномерно по всей окружности цилиндрического корпуса заявленного газогенератора. Газифицирующий агент внутри второго кольцевого пространства 10 принудительно движется вниз. При этом по мере прохождения внутри второго кольцевого пространства 10 происходит подогрев газифицирующего агента от тепла рабочей зоны 9. Далее подогретый газифицирующий агент, поступающий в рабочую зону 9, проходит через нижний слой горящего твердого углеродсодержащего топлива в зоне горения; образованной над колосниковой решеткой 7, где газифицирующий агент вступает в реакцию с твердым углеродсодержащим топливом. Внутри рабочей зоны 9 образующиеся продукты сгорания угля проходят снизу-вверх через зоны газификации и пиролиза, последовательно проходя процессы газификации углистого остатка и пиролиза с образованием генераторного газа. Образованный генераторный газ, проходя через верхний слой твердого углеродсодержащего топлива внутри рабочей зоны 9, подсушивает его и обогащается влагой. По мере прохождения через рабочую зону 9 образованный генераторный газ охлаждается посредством водяной рубашки 15. Охлажденный генераторный газ выходит из рабочей зоны 9 через первый выпускной патрубок 13 на крышке 5 корпуса заявленного двухрежимного газогенератора.
Как видно на фиг. 4, в режиме обращенного процесса газификации газифицирующий агент (например, воздух) подают через дутьевую штангу 12. Внутри дутьевой штанги 12 газифицирующий агент принудительно движется сверху вниз к дутьевым отверстиям 17. При этом по мере прохождения внутри дутьевой штанги 12 происходит подогрев газифицирующего агента от тепла рабочей зоны 9. Подогретый газифицирующий агент поступает через дутьевые отверстия 17 в рабочую зону 9, где образована зона горения. Подачу газифицирующего агента внутрь рабочей зоны 9 осуществляют равномерно по всей окружности цилиндрического корпуса заявленного газогенератора.
Образующийся в результате процессов газификации и пиролиза генераторный газ, проходя под действием искусственно создаваемого перепада давления сверху вниз через зону горения внутри рабочей зоны 9, отбирается над колосниковой решеткой 7 в нижней зоне и затем принудительно поступает в первое кольцевое пространство 3, открытое снизу. Внутри упомянутого первого кольцевого пространства 3 образованный генераторный газ принудительно движется снизу верх. При этом по мере прохождения через первое кольцевое пространство 3 образованный генераторный газ охлаждается посредством водяной рубашки 15. Охлажденный генераторный газ выходит из первого кольцевого пространства 3 через второй выпускной патрубок 14 на внешней 1 верхней секции корпуса.
По мере образования золы и шлака их удаляют из нижней секции через многофункциональные люки 24.