КОМПЛЕКС ЭНЕРГОГЕНЕРИРУЮЩИЙ
POWER GENERATING SYSTEM

Изобретение относится к энергетике, предназначено для выработки энергоносителей в виде электроэнергии, тепла, холода, жидкого топлива и может быть использовано для экологически безотходной переработки возобновляемых видов топлива и любого органического сырья в различных отраслях промышленности.
Известно техническое решение по заявке на изобретение RU №2003100979, МПК 7 F23G 5/00, 13.01.2003, опубл. 20.07.2004, «Энерготехнологическая установка на древесных отходах или торфе для выработки моторного топлива и электроэнергии», содержащая металлический реактор с электродами и активатором, отходящий от нее вверх металлический бункер со шлюзовым затвором для загрузки измельченного твердого топлива, присоединенных к ее дну воздухоподводящую трубу и загрузочное устройство для удаления шлака, присоединенное последовательно к верхней боковой части ее корпуса, кондиционер с трубой для извлечения жидкого топлива и нейтрализатор с трубой для отвода газообразного топлива, отличающаяся тем, что она снабжена совмещенной газогенераторной установкой с паровоздушным дутьем на древесных отходах или торфе для выработки генераторного газа и газотурбинной установкой на генераторном газе для выработки электроэнергии.
Данная установка работает в периодическом режиме по циклу «загрузка порции топлива-переработка-получение порции генераторного газа-выгрузка зольного остатка». Периодичность работы установки и ее производительность зависят от площади поперечного сечения в зоне горения и объема топливной камеры.
В данной установке наддув воздуха производят принудительно вентилятором, это вызывает расширение зоны горения и увеличение объема выработки генераторного газа, что приводит к повышению давления в газогенераторе и взрывопожарной опасности, а также выбросу генераторного газа в атмосферу, что ухудшает санитарно-экологические нормы.
Очистка газа водой и твердыми фильтрующими элементами увеличивает газодинамические потери, это препятствует выходу всего выработанного генераторного газа, снижает производительность установки, повышает взрывопожароопасность установки и препятствует применению выработанного газа даже в газовых горелках из-за недостаточной степени очистки от твердых и смолистых веществ.
Известно также техническое решение по патенту RU 2174611 С1, МПК 7 F01K 21/04, F01K 13/00, F23B 1/14, 29.08.2000, опубл. 10.10.2001, «ЭНЕРГОБЛОК», который применяется для выработки электрической и тепловой энергии.
Энергоблок, включающий оборудование подготовки и подачи топлива, воздуха и воды, подогрева и циркуляции воды и/или теплоносителя, содержит по крайней мере один электрогенератор, один газогенератор в виде полой камеры сгорания.
Энергоблок не обеспечивает полного сжигания топлива, оставляя коксовый остаток, так как в газогенераторе топливо подвергается принудительному нагреву сначала за счет природного газа или жидкого топлива, а затем за счет горючего газа, производимого при термическом разложении в отсутствии кислорода. В данном энергоблоке основная часть горючего газа, полученного в процессе, расходуется на подогрев топлива, и только физическое тепло горючего газа используется для выработки электроэнергии, используя расширительные машины, что приводит к увеличению удельной металлоемкости и низкому КПД. Другая часть горючего газа, расходуемая на обогрев топлива, выбрасывается в атмосферу через дымовую трубу.
Наиболее близким по технической сущности является «Комплекс газо-теплоэлектрогенераторный» по патенту RU 2303192 от 29.06.2006, опубл. 20.07.2007, МПК F22B 33/18, C10J 3/86, содержащий загрузочное устройство, газопоршневую электростанцию, пароводяную установку, накопитель дистиллированной воды и газогенератор с водяным котлом, с камерами горения, подогрева генераторного газа, подогрева атмосферного воздуха, парогенерации и с зонами регенерации, очистки генераторного газа, отбора генераторного газа.
3
Однако данный комплекс работает только на твердом виде топлива, не может использовать в виде топлива отходы, содержащие повышенную концентрацию вредных веществ, не решает проблем подготовки топлива, вырабатывает генераторный газ в двухстадийном процессе, что определяет его низкую теплотворную способность порядка до 1100 ккал/м, имеет незавершенный цикл утилизации смолы, воды и зольного остатка. Не решена задача надежности работы всего комплекса.
Задачей предлагаемого технического решения является выработка энергоносителей в виде электроэнергии, горячей воды, пара, а также дополнительно в виде холода, дистиллированной воды, жидкого топлива, с минимальным расходом энергии извне, при экологически безотходной переработке любого органического сырья, без вредных выбросов в атмосферу.
Поставленная задача решена за счет комплекса энергогенерирующего, содержащего загрузочное устройство, энергогенерирующий блок, реактор газификации с водяным и паровым котлами, с зонами горения и регенерации газа, подогрева атмосферного воздуха, камерой смешивания и подогрева паровоздушной смеси, сепаратором-дымососом, холодильником-стабилизатором, при этом комплекс дополнительно снабжен: блоком подготовки топлива с системой подготовки и транспортирования топлива, с источником газообразного топлива и нагревателем вязкого топлива, соединенными, через дополнительное горелочное устройство, с горелкой первичного розжига реактора газификации; резервным сепаратором-дымососом, установленным параллельно рабочему, своим входом соединенным через газоход с зоной газификации регенерации и синтеза реактора газификации газогенератора, а выходом через холодильник-стабилизатор, к входам блока энергогенерирующего и блока синтеза углеводородов; блоком детоксикации золы и получения строительных материалов, входом соединенным через зону удаления золы с зоной газификации регенерации и синтеза газогенератора.
Снабжение комплекса дополнительно блоком подготовки топлива, содержащим систему подготовки и транспортирования топлива, источником газообразного топлива и нагревателем вязкого топлива и соединение их через дополнительное горелочное устройство с горелкой первичного розжига реактора газификации позволяет использовать для работы комплекса любое органическое сырье без вредных выбросов в атмосферу.
Снабжение комплекса дополнительно резервным сепаратором-дымососом, установленным параллельно рабочему, своим входом соединенным через газоход с зоной газификации регенерации и синтеза реактора газификации, а выходом - через холодильник-стабилизатор к входам блока энергогенерирующего и блока синтеза углеводородов позволяет обеспечить постоянную подачу синтез-газа для бесперебойной работы энергогенерирующего блока. При выходе из строя привода рабочего сепаратора или при падении давления на выходе рабочего сепаратора в работу включается резервный сепаратор.
Снабжение также комплекса дополнительно блоком детоксикации золы и получения строительных материалов, входом соединенным через зону удаления золы с зоной газификации регенерации и синтеза реактора газификации позволяет улучшить экологию за счет сокращения вредных выбросов в атмосферу и отходов на полигоны.
Комплекс энергогенерирующий изображен на блок-схеме, где обозначено: блок 1 подготовки топлива, реактор 2 газификации, блок 3 подготовки синтез-газа, энергогенерирующий блок 4, блок 5 синтеза углеводородов, блок 6 детоксикации и переработки золы в стройматериалы, система 7 подготовки и транспортирования топлива, источник 8 газообразного топлива, нагреватель 9 вязкого топлива, устройство 10 загрузочное, топливная камера 11, водяной котел 12, паровой котел 13, камера 14 смешивания и подогрева паровоздушной смеси, дополнительное горелочное устройство 15, горелка первичного розжига 16, зона 17 газификации-регенерации-синтеза газа, зона 18 удаления золы, газоход 19, дымосос-сепаратор - охладитель 20 рабочий, дымосос-сепаратор - охладитель 21 резервный, зона 22 охлаждения обратной воды, разделитель 23 смоляводяного конденсата, холодильник-стабилизатор 24, горячая вода 25 потребителю, насосная станция 26, атмосферный воздух 27, электроэнергия 28, тепло 29, холод 30, синтетические моторные углеводороды 31, синтетические материалы 32, строительные материалы 33.
Комплекс энергогенерирующий выполнен следующим образом.
Блок 1 подготовки топлива снабжен системой 7 обработки и транспортирования топлива, через шлюзовой затвор загрузочного автоматизированного устройства 10 соединен с топливной камерой 11 реактора 2 газификации.
Блок 1 подготовки топлива снабжен еще источником 8 подачи газообразного топлива и нагревателем 9 вязкого топлива, соединенными через дополнительное горелочное устройство 15 с горелкой 16 первичного розжига, соединенной с зоной 17 реактора 2 газификации.
Реактор 2 газификации снабжен зоной 17 газификации-регенерации-синтеза газа, водяным котлом 12, соединенным с топливной камерой 12, а через паровой котел 13 - с камерой 14 смешивания и подогрева паровоздушной смеси.
Блок 3 подготовки синтез-газа выполнен в виде параллельно подсоединенных своими входами через газоход 19, дымосос-сепаратор - охладителя 20 рабочего, и дымосос-сепаратор - охладителя 21 резервного к зоне 17 газификации-регенерации-синтеза газа, а своими выходами соединенными через холодильник-стабилизатор 24 с входами блока 4 энергогенерирующего и блока 5 синтеза углеводородов, который выходом синтетических моторных углеводородов 31 соединен с входом блока 4 энергогенерирующего
Комплекс оснащен насосной станцией 26, соединенной с зоной 22 охлаждения оборотной воды, холодильником-стабилизатором 24, водяным котлом 12.
Подача атмосферного воздуха 27 происходит через камеру 14 смешивания и подогрева паровоздушной смеси реактора 2 газификации.
К выходу зоны 17 реактора 2 газификации, через зону 18 удаления золы присоединен блок 6 детоксикации и переработки золы в стройматериалы,
К выходу холодильника-стабилизатора 24 блока 3 подготовки синтез- газа и входу блока 5 своими входом присоединен блок 4 энергогенерирующий, а блок 5 синтеза жидких углеводородов своим выходом синтетических моторных углеводородов 31 соединен с блоком 4 энергогенерирующим.
Комплекс энергогенерирующий работает следующим образом.
Комплекс предназначен для выработки энергоносителей при переработке как всевозможных органических отходов (древесины, растениеводства, животноводства, птицеводства, органические отходы различных производств, старые измельченные автошины, твердые бытовые отходы, брикетированный иловый осадок очистных сооружений, переработанные для полигонов ТБО медицинские отходы и многое другое), так и классических видов топлива (попутный нефтяной газ, природный газ, нефть, нефтяные шламы, уголь, бурый уголь, торф, древесина, горючие сланцы и т.д.) в синтетический горючий газ (синтез-газ), который заменяет природный газ в работе в пароводяных котлах, газопоршневых электростанциях для выработки тепловой и электрической энергии, а также применяется для синтеза жидких углеводородов.
Работа комплекса первично основана на автотермохимическом методе разложения органосодержащих веществ на газовые составляющие при неполном их окислении кислородом с дальнейшим применением метода каталитического синтеза углеводородов, а также газовых законов физики и химии. Это означает, что «топливо» первично подвергается горению при недостатке кислорода с получением инертных газов в виде углекислого газа и паров воды, а также атомарного углерода, не вступившего в реакцию с кислородом воздуха. Атомарный углерод в дальнейшей реакции выступает в виде реагента, через который принудительно пропускают инертные газы, вступающие в свою очередь в реакцию с углеродом, образуя горючие газы, водород, оксид углерода, метан.
В конструкцию комплекса заложен способ обратной газификации, в котором происходит разложение токсинов, таких как пестициды, диоксины, фенолы, формальдегиды, которые вновь не восстанавливаются, как это происходит в мусоросжигательных заводах, реакторах прямой, горизонтальной и вихревой газификации, пиролизных печах, а переходят в газовую составляющую, так как по технологии газ подвергается закалке (резкому охлаждению), проскакивая температурный диапазон восстановления токсинов.
В блоке 1 подготовки топлива, снабженной системой 7 обработки и транспортирования топлива, вне зависимости от вида перерабатываемого сырья, доводят исходный материал до состояния, пригодного для загрузки через шлюзовой затвор автоматизированного загрузочного устройства 10, через топливную камеру 11 реактора 2 газификации поступает в зону 17 газификации, регенерации, синтеза газа, куда из камеры 14 смешивания и подогрева паровоздушной смеси вода, от котла 12, преобразованная в паровом котле 13 в пар и смешанная с атмосферным воздухом 27, подается паровоздушная смесь. Избыток горячей воды 25 от котла 12 подают потребителю.
Насосная станция 26 подает воду в зону 22 охлаждения оборотной воды, к холодильнику-стабилизатору 24, для очищения, и водяному котлу 12.
В зону 17 газификации, регенерации, синтеза газа подают вязкое топливо от нагревателя 9 или газообразное топливо от источника 8, через дополнительное горелочное устройство 15 и горелку первичного розжига 16.
Синтезированный газ через газоход 19 отсасывается за счет вакуума, создаваемого одним из дымососов-сепаратором - охладителем, входящих в блок 3 подготовки синтез-газа, и через дымосос-сепаратор - охладитель 20 рабочий, или дымосос-сепаратор - охладитель 21 резервный, поступает через холодильник-стабилизатор 24, уже очищенный, в блок 4 энергогенерирующий для получения тепла 29, холода 30 и электроэнергии 28.
Снабжение комплекса дополнительно резервным сепаратором-дымососом 21, установленным параллельно рабочему 20, своим входом соединенным через газоход с зоной 17 газификации регенерации и синтеза реактора газификации 2, а выходом - через холодильник-стабилизатор 24 к входам блока энергогенерирующего 4 и блока синтеза углеводородов 5, позволяет обеспечить постоянную подачу синтез-газа для бесперебойной работы энергогенерирующего блока 4. При выходе из строя привода рабочего сепаратора 20 или при падении давления на выходе рабочего сепаратора в работу включается резервный сепаратор 21.
Избыток синтез-газа поступает в блок 5, где синтезируется либо в синтетическое моторное топливо 31, либо в синтетические материалы 32.
Для соответствия комплекса экологическим нормам в нем предусмотрена зона 18 удаления золы в дополнительный блок 6 детоксикации и переработки золы в стройматериалы 33, а блок 3 подготовки синтез-газа снабжен разделителем 23 смоляводяного конденсата.
Комплекс перерабатывает как твердые, жидкие, так и газообразные органические вещества с получением синтетического газа, с теплотворной способностью свыше 1200 ккал, тепловой и электрической энергии, холода, синтетического топлива, синтетических материалов, а также нейтрализует и перерабатывает зольный остаток в конечный продукт.
По сравнению с мировыми аналогами предлагаемые комплексы занимают небольшую площадь, имеют малые металлоемкость и энергопотребление, невзрывоопасны, так как работают не под высоким давлением (мировые аналоги работают под давлением 20 атмосфер), а на разряжении всего 0,02 атмосферы, не делает выбросов в атмосферу, отработанные газы после газопоршневой электростанции и пароводяного котла соответствуют Евро-4.
Применение комплекса обеспечивает: сокращение вредных выбросов и отходов, улучшение состояние экологии и здоровья населения; сокращение количества и площадей полигонов захоронения отходов; реализацию квот по Киотскому протоколу; получение энергоносителей низкой стоимости; энергетическую независимость предприятий; расширение видов деятельности предприятия при избытке энергоресурсов (освоение новых технологий, создание новых рабочих мест, получение дополнительной прибыли).
Техническим эффектом является выработка энергоносителей в виде электроэнергии, горячей воды, пара, а также дополнительно - в виде холода, жидкого топлива с минимальным расходом энергии извне, при экологически безотходной переработке любого органического сырья, без вредных выбросов в атмосферу за счет комплекса энергогенерирующего, снабженного дополнительно: блоком подготовки топлива с системой подготовки и транспортирования топлива, с источником газообразного топлива и нагревателем вязкого топлива, соединенными через дополнительное горелочное устройство с горелкой первичного розжига реактора газификации; резервным сепаратором-дымососом, установленным параллельно рабочему, блоком детоксикации золы и получения строительных материалов, входом соединенным через зону удаления золы с зоной газификации регенерации и синтеза реактора газификации.