ГАЗОГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к оборудованию для производства синтез-газа высокой чистоты и калорийности, в котором в качестве сырья используются сыпучее топливо, например, гранулы, полученные из древесного и/или растительного сырья, или щепа.
Как показали исследования уровня техники, в настоящее время для получения синтез-газа в качестве сырья используют, в основном, предварительно измельченное растительное и/или древесное сырье, бытовые отходы, отходы производств, в том числе и в их различных сочетаниях, которые загрузочным устройством подают в камеру газификации газогенератора, в которую также осуществляют подвод агента для интенсификации реакции газификации. В качестве такого агента может быть использован воздух, кислород, смесь газов. Учитывая, что используемое сырье имеет высокую влажность, разные размеры и состав, весьма сложно обеспечить оптимальные параметры для его газификации, поэтому на выходе получают синтез-газ невысокого качества, который без дополнительной обработки (очистке от примесей, смол, обезвоживания) не может быть применен, например, в качестве топлива для двигательных и турбинных установок. Кроме того, при использовании в газогенераторах такого сырья образуется большое количество отходов, которые идут в отвал.
Известен газификатор, содержащий футерованный корпус с зоной сушки сырья в его верхней части, установленный коаксиально по отношению к корпусу снаружи его кожух, заведенный в корпус трубопровод для подачи агента (в данном случае - воздуха) в камеру газификации на уровень фурменного пояса, к которому и снаружи подведены воздухоподающие патрубки. В зоне фурменного пояса над колосниковой решеткой размещен вибратор для воздействия на сырье в процессе его газификации, способствующий свободному проходу газа в зону восстановления и отходов в зольник.
2
4
Полученный в процессе функционирования газогенератора генераторный газ принудительно пропускается через колосниковую решетку и через расположенные в корпусе отверстия отводится через верхний патрубок корпуса, проходя через зазор между корпусом и кожухом, обогревая зону сушки. Зола поступает на поддон, установленный в нижней части корпуса и периодически удаляется из зольника. По мере перемещения сырья в корпусе вниз, происходит процесс его сушки, который постепенно, по мере перемещения сырья к камере газификации, переходит в процесс пиролиза, осуществляемый при температуре 400-600 градусов Цельсия. Между фурменным поясом и зольной решеткой происходит процесс восстановления СO до СО, а также разложение водяного пара на водород и кислород. Водород частично идет на образование метана СН, а кислород - на образование СО, реагируя с углеродом топлива. Для повышения температуры в камере горения до 1200-1500 градусов Цельсия используется процесс частичного обратного захвата генераторного газа и подачи его в зону газификации, (см. патент РФ №2341727, F23B 30/00, 2008 г.)
В результате анализа выполнения данного газификатора необходимо отметить, что его камера оснащена вибратором для воздействия на находящееся в камере сырье, что интенсифицирует процесс горения, однако процесс сушки сырья в корпусе газогенератора перед подачей его в камеру газификации отводящимся через зазор между корпусом и кожухом генераторным газом не обеспечивает эффективной сушки сырья, чему препятствует футерованная стенка корпуса, а кроме того, условия для сушки сырья в пристенной и центральной зонах корпуса существенно различаются. В результате полученный в данном газификаторе генераторный газ имеет достаточно большое количество примесей, воды и без дополнительной обработки не способен эффективно использоваться в двигательных и турбинных установках.
Известен газогенератор, использующий для получения генераторного газа древесные отходы и содержащий основной газогенераторный модуль, оснащенный загрузочным устройством, а также связанный с ним газогенераторный модуль дожигания, оборудованный сборником золы, например, сменным контейнером.
Основной газогенераторный модуль оснащен камерой газификации сырья с колосниковой решеткой в ее нижней части, патрубком отвода генераторного газа и патрубком подвода агента в зону газификации сырья. Основной газогенераторный модуль снабжен системой влагоудаления, патрубок выдачи твердого остатка основного газогенераторного модуля соединен с газогенераторным модулем дожигания.
В процессе работы газогенератора сырье загружают в бункер загрузочного устройства и дозировано подают в камеру газификации основного генераторного модуля, куда также для интенсификации процесса подают агент. В процессе газификации полученный генераторный газ отводят через отводной патрубок, а твердая фаза подается в газогенераторный модуль дожигания на дожигание. В результате дожигания твердой фазы в камере дожигания генераторный газ отводится через отводной патрубок, а зола подается в контейнер. Полученный газ охлаждается, очищается и направляется на хранение или выдается потребителям.
(см. патент РФ №2073926, G21F /32, 1997 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа конструкции данного газогенератора необходимо отметить, что он имеет основной модуль газификации и модуль газификации (дожигания) не прореагировавшего в камере основного модуля сырья, что позволяет использовать для газификации больший процент сырья, нежели в решении, отмеченном выше. В данной конструкции реализуется процесс двухстадийной газификации сырья. Однако камеры газификации в данном газогенераторе расположены в разных модулях, что усложняет конструкцию в целом, делает ее более массивной, кроме того, подвод агента в камеры через их стенки не обеспечивает эффективного процесса газификации, получения синтез - газа высокого качества. Поэтому в конструкции газогенератора дополнительно предусмотрены системы очистки газа, удаления влаги, что также усложняет конструкцию газогенератора.
Задачей настоящей полезной модели является разработка газогенератора достаточно простого конструктивно, сравнительно небольшой массы, но в то же время обеспечивающего получение синтез - газа высокой степени очистки и высокой калорийности, пригодного без дополнительной переработки к использованию в двигательных и турбинных установках.
Поставленная задача обеспечивается тем, что в газогенераторе, содержащем корпус с загрузочным устройством в верхней его части и зольником в нижней, размещенную в корпусе основную камеру газификации сырья, а также камеру его дожигания, системы подачи агента в камеры и отвода полученного синтез-газа, новым является то, что основная камера и камера дожигания смонтированы в корпусе газогенератора, между камерами образована зона аэродинамической очистки полученного синтез-газа, при этом, газогенератор снабжен устройством перемешивания сырья в камерах, выполненным в виде смонтированного в корпусе с возможностью вращения посредством привода вала, на котором закреплены мешалки, размещенные в камерах, система подачи агента в основную камеру содержит соединенные с патрубками выполненные из жаростойкого материала форсунки, отверстия которых расположены в зоне газификации камеры, а система отвода синтез-газа выполнена в виде кольцевой полости, образованной в основной камере, на которой размещены отводные патрубки и которая сообщена с зоной аэродинамической очистки, при этом основная камера выполнена из жаростойкого материала.
Весьма важно, что для работы газогенератора используется предварительно подготовленное сырье, которое имеет строго определенные размеры и характеристики. Это позволяет организовать двухстадийный технологический процесс, обеспечивая практически полную переработку сырья и получение синтез-газа, который без дополнительной переработки может быть использован в двигательных установках для получения тепловой, механической, электрической энергии. Это позволяет отказаться от использования систем дополнительной обработки полученного синтез-газа, а следовательно, упростить конструкцию газогенератора, уменьшить его массу.
Как уже отмечалось выше, в качестве сырья используется топливные гранулы различных форм и размеров, полученные из древесного или растительного сырья. Возможно использование в качестве сырья щепы. Технология и оборудование для получения сырья известны специалистам. Данное оборудование может быть в комплекте с газогенератором, который может монтироваться на мобильном средстве.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлен газогенератор в разрезе.
Газогенератор выполнен в виде корпуса 1, на верхней части которого установлено загрузочное устройство 2, оснащенное шлюзовым затвором, а в нижней части корпуса размещен зольник 3, оснащенный шлюзовым затвором.
Полость корпуса условно можно разделить (по направлению сверху вниз в плоскости чертежа) на несколько зон.
А - зона загрузки;
Б - зона оперативного запаса сырья;
В - зона газификации сырья;
Г - зона аэродинамической очистки синтез-газа;
Д - зона дожигания сырья.
Снаружи корпус 1 может быть покрыт теплоизолирующим материалом или оснащен кожухом (не показано).
Зона «В» газификации сырья образована основной камерой 4, в нижней части которой имеется колосниковая решетка 5. Решетка может быть выполнена зацело с камерой. Данную камеру целесообразно выполнять из термостойкого материала, например, из металлокерамики. Это позволяет вести процесс газификации при температуре не ниже 1200 градусов Цельсия. В камере 4 образована кольцевая полость 6, к которой подведены патрубки 7 отвода полученного синтез-газа.
Над зоной «В» газификации сырья образована зона «Б» оперативного запаса сырья, которая обмурована шамотным кирпичом.
Под зоной газификации сырья в корпусе образована камера 8 аэродинамической очистки полученного синтез-газа (зона «Г»). Верхняя часть данной камеры отверстиями 9 сообщена с полостью камеры 4 и отверстиями (позицией не обозначены) сообщена с кольцевой полостью 6. Кольцевая полость 6, отверстия и патрубки 7 образуют систему отвода синтез-газа.
Зона дожигания сырья (зона «Д») образована камерой 10 дожигания, имеющей в нижней части колосниковую решетку 11 через которую отходы газификации поступают в зольник 3.
Для подвода агента в зону газификации основной камеры 4 на корпусе 1 имеются патрубки 12, соединенные с форсунками 13 подвода агента (например, кислорода) в зону газификации камеры 4. Форсунки целесообразно выполнять из термостойкого материала, например, из металлокерамики. Для подвода агента в зону газификации камеры 10 на корпусе имеются патрубки 14. Патрубки и форсунки образуют систему подачи агента.
Газогенератор оснащен устройством перемешивания сырья в камерах в процессе его газификации. Данное устройство выполнено в виде вала 15, установленного в корпусе 1 и оснащенного приводом вращения 16, установленным в верхней части корпуса 1. На валу 15 закреплены мешалки 17 и 18, расположенные в камерах газификации сырья.
Газогенератор функционирует следующим образом.
Для получения синтез-газа сырье известным образом, например, транспортером, подают в загрузочное устройство 2, откуда дозировано через шлюзовой затвор оно поступают в полость корпуса 1, постепенно накапливаясь в зоне оперативного запаса сырья и, естественно, в камере 4. Включают систему нагнетания давления агента, который через патрубки 12 и форсунки 13 нагнетается в зону газификации камеры 4. Подача агента осуществляется через многочисленные отверстия в форсунках, что позволяет обеспечить равномерное распределение агента по зоне газификации камеры, обеспечив тем самым, стабильность протекания реакции.
Включением привода 16 приводят во вращение вал 15 с мешалками 17 и 18, в результате чего сырье, находящееся в зоне газификации перемешивается, что обеспечивает полноту и равномерность его использования. По мере протекания реакции газификации в камере 4 размер фрагментов сырья постепенно уменьшается. При достижении размеров фрагментов сырья меньше размеров отверстий колосниковой решетки 5, непрореагировавшее в камере 4 сырье под действием собственного веса поступают камеру дожигания 10, куда через патрубки 14 нагнетается агент.В камере дожигания при постоянном перемешивании сырья мешалкой 18, осуществляется его дожигание. Вместе с непрореагировавшим сырьем в камеру дожигания поступает синтез-газ из основной камеры.
В камере дожигания, за счет низкой скорости движения газового потока происходит устойчивое разделение газов и находящихся в них пылевых включений. Синтез-газ с примесями из зоны газификации поступает в зону дожигания вертикально вниз за счет давления в верхней части газогенератора, нагнетаемого системой подачи агента, в зоне аэродинамической очистки происходит поворот направления движения синтез-газа на 180 градусов и примешивание синтез-газа, образовавшегося в камере дожигания, поступающего из зоны дожигания вертикально вверх. За счет поворота направления движения основного потока газа и низкой скорости уноса синтез-газа, примеси оседают в зоне дожигания и не уносятся в зону удаления синтез-газа.
После такой аэродинамической очистки синтез-газ через отверстия поступает в кольцевую полость 6 и через патрубки 7 выдается на хранение или потребителям. В камере дожигания осуществляется дальнейший процесс газификации гранул. Синтез-газ, полученный в результате дожигания, через отверстия поступает в кольцевую полость бив патрубки 7.
Зола и непрореагировавшие гранулы просыпаются через колосниковую решетку камеры дожигания и поступают в зольник 3, откуда удаляются посредством шлюзового затвора.
Нетрудно заметить, что конструкция газогенератора позволяет реализовать в одном корпусе двухстадийный процесс газификации, где в основной камере осуществляется основной процесс газификации, в а камере дожигания - дожигание непрореагировавшего в камере 4 сырья, что в совокупности с применением в качестве материала основной камеры металлокерамики позволяет вести процесс газификации при температуре 1200-1500 градусов Цельсия, при которой осуществляется практически полное выгорание смол. Твердые включения, ввиду малой зольности используемого топлива, весьма незначительны (не более 1%).
Ввод агента в зону газификации посредством размещенных по всей зоне форсунок позволяет интенсифицировать процесс газификации и упростить выполнение камеры 4, удалив из нее каналы подвода агента, отверстия фурм.
Наличие устройства перемешивания сырья позволяет интенсифицировать процесс газификации и обеспечить практически полное использование сырья.
Наличие зоны аэродинамической очистки синтез-газа позволяет повысить его чистоту.