ГАЗОГЕНЕРАТОР ТВЕРДОГО ТОПЛИВА
SOLID-FUEL GAS GENERATOR

Изобретение относится к устройствам для газификации твердых органических топлив и может быть использовано для производства горючего генераторного газа из отходов предприятий лесного и агропромышленного комплексов, применяемого в качестве основного вида топлива объектами энергетики и коммунального хозяйства, а также в двигателях внутреннего сгорания.
Известен газогенератор твердого топлива, содержащий корпус, расположенную внутри него газификационную камеру с одной или несколькими секциями, последовательно установленными вдоль вертикальной оси с возможностью вращения относительно друг друга и корпуса (пат. RU 2232347, опубл. 10.07.04 г. ). В нижней секции газификационной камеры установлен патрубок для подачи газифицирующего агента. В верхней секции газификационной камеры расположены патрубки для подачи сырья и для сбора газа. Сырье, подаваемое из бункера через патрубок в верхней секции газификационной камеры, при подходе к секции сушки нагревается поднимающимся вверх генераторным газом. Снизу в газификатор подается газифицирующий агент (влажный воздух). После прохождения через золу он нагревается и попадает в зону горения.
Недостатком известного газогенератора является низкая теплота сгорания получаемого генераторного газа, обусловленная засорением его смолами, активно выделяющимися в зонах сушки и пиролиза.
Эффективность газогенератора снижают такие факторы, как небольшая поверхность соприкосновения частиц золы с газифицирующим агентом, уменьшающая его прогрев; унос золы газифицирующим агентом и ее попадание на раскаленные частицы топлива в зоне окисления, снижающее интенсивность горения.
Кроме того, потоку движущегося газа (сначала газифицирующего агента, а затем генераторного газа) внутри газогенератора необходимо преодолеть достаточно большое аэродинамическое сопротивление слоев топлива, обусловленное большой высотой газогенератора. На преодоление сопротивления нужно принудительно создавать движение газовой среды внутри газогенератора с помощью вентилятора, дымососа, компрессора.
Наиболее близким к заявленному изобретению является газогенератор твердого топлива (RU №2497045, опубл. 2013 г. ), содержащий корпус, расположенную в нем горизонтальную центробежную газификационную камеру с последовательно размещенными от центра к периферии зонами сушки, пиролиза, горения, восстановления твердого топлива. Боковая перфорированная стенка газификационной камеры расположена в зоне восстановления твердого топлива. Полость корпуса сообщена с патрубком для сбора газа. В торце газификационной камеры установлены патрубки для подачи в газификационную камеру сырья и газифицирующего агента.
Известный газогенератор отличается высокой эффективностью и высоким качеством получаемого генераторного газа.
Недостатком является подача в газификационную камеру влажного топлива, заметно снижающая его теплоту сгорания. Подогрев компонентов (газифицирующего агента и сырья) перед поступлением их в зону горения осуществляется только в зоне сушки и является недостаточным для интенсивного горения топлива.
Техническим эффектом изобретения является повышение интенсивности процесса газификации за счет повышения эффективности сушки сырья-топлива и нагрева газифицирующего агента перед поступлением их в зону горения при обеспечении высокой теплоты сгорания генераторного газа.
Для достижения технического эффекта газогенератор твердого топлива содержит корпус, расположенную в корпусе горизонтальную центробежную газификационную камеру с последовательно размещенными от центра к периферии зонами сушки, пиролиза, горения, восстановления твердого топлива. Боковая перфорированная стенка газификационной камеры расположена в зоне восстановления твердого топлива. Полость корпуса сообщена с патрубком для сбора газа. В торце газификационной камеры установлены патрубки для подачи в газификационную камеру сырья и газифицирующего агента. При этом газогенератор твердого топлива содержит оболочку, внутри которой размещены корпус, патрубки для сбора газа, подачи в газификационную камеру сырья и газифицирующего агента и бункер, соединенный с патрубком для подачи сырья в газификационную камеру. В стенке оболочки установлен патрубок для подачи газифицирующего агента в полость оболочки.
В полости оболочки газифицирующий агент, перемещающийся от патрубка подачи в оболочку до патрубка подачи в газификационную камеру, эффективно нагревается теплом, излучаемым поверхностью стенок корпуса газификационной камеры и стенок патрубка для сбора генераторного газа. При этом охлаждаются стенки корпуса и патрубка сбора газа, что сохраняет их от перегрева, повышая их долговечность, соответственно, надежность газогенератора.
Сырье-топливо перед подачей в газификационную камеру нагревается от стенок бункера, прогреваемых теплом, излучаемым корпусом газификационной камеры и патрубком генераторного газа. Происходит предварительная сушка сырья-топлива.
Таким образом, за счет тепла, выделяемого при горении топлива, осуществляется предварительные нагрев газифицирующего агента и сушка сырья-топлива перед поступлением их в газификационную камеру, что повышает интенсивность процесса газификации без дополнительных энергозатрат. При этом, в отличие от аналога (пат. RU 2232347), получаемый генераторный газ не контактирует непосредственно с подсушиваемым сырьем и не засоряется выделяющимися из него смолами, что позволяет сохранить высокую теплоту сгорания генераторного газа.
На чертеже представлена конструкция заявленного газогенератора твердого топлива.
Газогенератор твердого топлива содержит горизонтальную центробежную газификационную камеру 1, установленную с зазором в корпусе 2. Внутри газификационной камеры расположены последовательно от центра к периферии зоны сушки (С), пиролиза (П), окисления (горения) (О), восстановления (В) твердого топлива. Обечайка (боковая стенка) 3 газификационной камеры 1 выполнена перфорированной и расположена в зоне восстановления твердого топлива. В верхней части корпуса 2 установлен патрубок 4 для сбора генераторного газа.
В торце газификационной камеры 1 установлен патрубок 5 для поступления газифицирующего агента в полость газификационной камеры, внутри которого установлен с зазором патрубок 6 для подачи сырья-топлива. Патрубок 6 с установленным внутри шнеком 7 соединен с бункером 8.
Корпус 2 с патрубками 4, 5, 6 и бункер 8 размещены в полости 9 оболочки 10. В стенке оболочки 10 установлен патрубок 11 для подачи газифицирующего агента в полость оболочки.
Для удаления твердых продуктов горения в нижней части корпуса 2 установлен патрубок 12.
При работе газогенератора исходное сырье-топливо из бункера 8 через патрубок 6 для подачи сырья с помощью шнека 7 попадает во вращающуюся газификационную камеру 1. Под действием центробежных сил сырье перемещается к боковым стенкам газификационной камеры 1, где располагаются углистые слои топлива, ранее загруженного, поочередно проходя разные температурные зоны и разные этапы газификации. При установившемся процессе горения формируется следующее расположение зон (от центра к боковой стенке корпуса - по пути движения сырья): зоны сушки (С), пиролиза (П), окисления (горения) (О), восстановления (В).
Образующийся в зоне восстановления генераторный газ также подвергается действию центробежных сил и выносится через перфорированную обечайку 3 камеры газификации 1 в свободное пространство сбора газа, образованное наружной поверхностью камеры газификации 1 и внутренней поверхностью неподвижного корпуса 2. В свободном пространстве газ скапливается до тех пор, пока его не начинает вытеснять вновь образуемый газ в патрубок 4 сбора генераторного газа для последующей обработки (очистка, охлаждение и осушение).
Холодный газифицирующий агент, подаваемый в полость 9 оболочки 10 через установленный в стенке оболочки патрубок 11, нагревается теплом излучения от стенок корпуса 2 и патрубка 4, одновременно охлаждая их. Из полости 9 горячий газифицирующий агент поступает через патрубок 5 для подачи газифицирующего агента в зону сушки газификационной камеры 1.
Тепло, излучаемое стенками корпуса 2 и патрубка 4 сбора генераторного газа, передается также сырью-топливу через стенки бункера 8. Прогретое и подсушенное сырье-топливо из бункера поступает в патрубок 6, в котором с помощью шнека 7 равномерно перемещается в газификационную камеру. Изменяя скорость вращения шнека, можно регулировать подачу сырья-топлива в газификационную камеру. Равномерная и регулируемая подача сырья-топлива независимым шнеком приводит к сбалансированному вращению газификационной камеры.
Зола, образованная в результате горения топлива, осыпается вниз под действием силы тяжести и через отводящий патрубок 12 выносится из газогенератора.
Таким образом, заявленная совокупность признаков обеспечивает повышение интенсивности процесса газификации за счет использования тепла, получаемого при горении компонентов, для нагрева сырья-топлива и газифицирующего агента не только в зоне сушки газификационной камеры, но и перед поступлением их в газификационную камеру. При этом обеспечивается высокое качество получаемого генераторного газа и повышается надежность газогенератора.