ГАЗОГЕНЕРАТОР

Заявляемое в качестве полезной модели техническое решение относится к области энергетики и химической промышленности, а именно к устройствам для термической переработки измельченных древесных отходов с целью получения высококалорийного генераторного газа, используемого в энерготехнологических установках.
Известен газогенератор [1], содержащий: цилиндрический корпус с двойными стенками, которые образуют газоотводящий канал с тремя патрубками для загрузки топлива, отвода парогазовой смеси и генераторного газа; топочную камеру с тангенциальными фурмами для подачи топлива и воздуха, оснащенную патрубками для отвода продуктов сгорания и теплопроводящими ребрами; зольник с отверстиями для отбора газа и шнековым золоудалителем. Недостатком указанного устройства является сложность регулирования процесса парообразования в бункере и подачи водяных паров в активную зону камеры газификации, а также отсутствие эффективной системы очистки газа.
Известна установка для получения генераторного газа из вторичного древесного или растительного сырья [2], содержащая газогенератор, включающий камеру газификации из огнеупорного кирпича, отходящий от нее вверх металлический бункер с люком для загрузки сырья, люк для розжига сырья, отделенный от камеры газификации колосниковой решеткой зольник с люком для удаления шлака и теплоизоляцию вокруг камеры газификации и бункера из огнеупорного кирпича с газоходами, центробежный вентилятор для подачи атмосферного воздуха, воздухоподводящие и газоотводящие трубы, связанный с последними воздушный теплообменник и циклон, снабжена расположенными в бункере и закрепленными нижними концами в стенке камеры газификации вертикальными трубами для отвода паров воды из бункера в камеру газификации и для подачи по ним воды для удаления шлака, расположенными между теплообменником и циклоном водяным холодильником и смолосборником и расположенной над бункером водопроводной трубой, имеющей отводы для подачи воды и вертикальные трубы и связанной с рубашкой водяного холодильника, а теплоизоляция вокруг камеры газификации и бункера выполнена с двойными металлическими стенками и дополнительными газопроходами между ними для прохода воздуха из рубашки воздушного теплообменника в камеру газификации.
Система очистки генераторного газа при помощи циклона, заполненного фильтрующим материалом, позволяет очистить генераторный газ от присутствующих в нем твердых частиц, например, сажи. Недостатком является увеличение времени технического обслуживания, связанное с частой заменой фильтра циклона.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является изобретение по патенту РФ [3] «Опытная газогенераторная установка на древесном или торфяном топливе с паровоздушным дутьем». Эта установка содержит газогенератор, отходящие от него металлические воздухоподводящую, газоотводящие и газовыводящую трубы с задвижками и клапанами, включающий металлическую теплоизолированную изнутри огнеупорным кирпичом камеру газификации, отходящий от нее вверх металлический бункер со сквозным изолированным теплообменным отверстием по центру и с люком для загрузки измельченного твердого топлива, отходящий от нее люк для розжига топлива, отделенный от нее колосниковой решеткой металлический зольник с газоотводящими каналами и уплотнительной крышкой для удаления шлака, расположенные поочередно вокруг бункера, камеры газификации и зольника, газоход, металлический теплообменный воздухоподводящий пояс, фурмы для подачи в камеру газификации подогретого атмосферного воздуха и водяного пара, окружающий газоотводящую трубу и присоединенный к воздухоподводящей трубе металлический воздушный теплообменник с центробежным вентилятором для подачи атмосферного воздуха, смолосборник, циклон с фильтром и ресивер с манометром. Установка снабжена присоединенным к колосниковой решетке и герметично отходящим от дна зольника под наклоном рычажным устройством с резьбой для вращения ее на 90° и удаления с нее остатков шлака в зольник, присоединенным изолированно к смолосборнику, металлическим водосборником с присоединенной к газоотводящей трубе люка бункера и проходящей параллельно с газоотводящей трубой сквозь воздушный теплообменник пароотводящей трубой и с присоединенной к одному из люков воздухоподводящего пояса пароподводящей трубой, присоединенной к газоотводящей и газовыводящей трубам люка бункера Г-образной соединительной газоотводящей трубой с люками для чистки, проходящими насквозь огнеупорные кирпичи и металлическую стенку камеры газификации, пристыкованными к металлическим фурмам воздухоподводящего пояса огнеупорными керамическими фурмами, расположенными внутри воздухоподводящего пояса по спирали и равномерно направляющими подаваемый в него атмосферный воздух металлическими теплообменными перегородками.
Основной недостаток данного устройства заключается в том, что получаемый с его помощью газ содержит значительное количество продуктов пиролиза древесного материала, а также то, что в данном техническом решении не предусмотрен адсорбент, способный эффективно поглощать летучие смолистые вещества, которыми насыщен получаемый генераторный газ.
Технический результат, достигаемый использованием предлагаемого устройства, состоит в очистке с помощью перегретого пара вырабатываемого генераторного газа.
На чертеже представлена конструкция заявляемого устройства:
1 - цилиндрический корпус;
2 - загрузочный бункер;
3 - устройство для подачи перегретого пара в камеру газификации;
4 - камера газификации;
5 - бак конденсации;
6 - люк загрузочного бункера;
7 - фурмы;
8 - выпускной патрубок газопровода;
9 - теплообменник;
10 - тройник;
11 - форсунка;
12 - впускной патрубок бака конденсации;
13 - крышка бака конденсации;
14 - шаровой кран для слива воды;
15 - выпускной патрубок бака конденсации;
16 - кран для регулирования воды, подаваемой в теплообменник;
17 - кран для регулирования подачи пара;
18 - водопровод;
19 - паропровод.
Основными конструктивными элементами газогенератора являются вертикально ориентированный цилиндрический корпус 1 с двойными стенками, в котором размещен бункер 2 для загрузки измельченного твердого топлива, выполненный с двойными металлическими стенками и загрузочным люком 6. К нижней части бункера 2 крепится болтами камера газификации 4 из жаропрочной стали для подвода атмосферного воздуха через металлические фурмы 7. Газ, образующийся в камере газификации, поднимается вверх, проходит через кольцевое пространство между корпусом и бункером и отводится через выпускной патрубок газопровода 8, установленный в верхней части корпуса 2 газогенератора. На внешней стороне камеры газификации размещен водяной теплообменник 9, выполненный в виде змеевика; такая конструкция снижает температурную нагрузку на узел в целом и позволяет увеличить интервалы технического обслуживания газогенератора. Вода в теплообменник 9 подается по водопроводу 18 из бака конденсации 5. Кран 16 предназначен для регулирования количества воды, подаваемой в теплообменник. Теплообменник 9 соединен через тройник 10 с устройством 3 для подачи перегретого пара в камеру газификации, и паропроводом 19 для отвода перегретого пара из зоны газообразования. Для регулирования подачи пара к камере газификации 4 предназначен кран 17.
Перегретый пар по паропроводу 19 через форсунку 11 также поступает в выпускной патрубок 8 газопровода. Газ из камеры газификации 4, смешанный с перегретым паром из паропровода 19, направляется через впускной патрубок 12 в заполненный водой бак конденсации 5, где происходит осаждение пиролизных смол. Очистка бака конденсации и долив воды производится через крышку 13; для слива воды используется шаровой кран 14. Очищенный газ выходит из выпускного патрубка бака конденсации 15.
2
2
4
2
2
Установка работает следующим образом. Через люк 6 бункер 2 на весь объем загружается измельченным древесным топливом в виде пеллет, щепы, стружки, веток и т.п. Люк загрузочного бункера 6 герметично закрывается. Через фурмы 7, под воздействием разрежения, атмосферный воздух поступает в разогретую камеру газификации 4, где происходит паровоздушная газификация твердого топлива с образованием генераторного газа, состоящего в основном из смеси газов СО, СО, H, СН, N, О. Образующийся генераторный газ, проходя через зазор между корпусом 1, и бункером 2, поступает в выпускной патрубок газопровода 8, размещенный в верхней части корпуса газогенератора, при этом бункер 2 прогревается восходящими потоками генераторного газа. В нижней части бункера 2, на внешней стороне камеры газификации 4, установлен водяной теплообменник в виде змеевика 9, соединенный через тройник 10 с устройством для подачи перегретого пара в камеру газификации 4, паропроводом 19 и форсункой 11, выходящей в выпускной патрубок газопровода 8. Вода из бака конденсации 5, проходя по водопроводу 18 через теплообменник 9 и нагреваясь, превращается в перегретый пар, который с помощью устройства для подачи пара 3 поступает по паропроводу 19 в камеру газификации 4. Регулирование подачи перегретого пара в зону газификации осуществляется при помощи крана 17.
Регулировка количества воды, подаваемой в теплообменник, выполняется краном 16. Перегретый пар из теплообменника 9, проходит через паропровод 19 и из форсунки 11 поступает в выпускной патрубок газопровода 8. Здесь перегретый пар, отличающий от водяного пара большим удельным объемом, температурой и высокой химической активностью, выполняет роль адсорбента для летучих смолистых соединений, насыщающих генераторный газ. Образующаяся парогазовая смесь поступает через впускной патрубок 12 в бак конденсации 5, заполненный водой, где происходит полная конденсация и осаждение связанных перегретым паром побочных продуктов пиролиза. Нейтрализация летучей сажи и смолы позволяет повысить эффективность генераторного газа. Очистка бака конденсации 5 и долив в него воды производится через крышку 13; для слива отработанной воды используется шаровой кран 14. Очищенный газ через выпускной патрубок бака конденсации 15 поступает к потребителю.
Сопоставительный анализ с ближайшим аналогом позволяет выявить отличия заявляемого технического решения, соответствующие критерию «новизна», а именно:
- наличие на внешней стороне камеры газификации водяного теплообменника в виде змеевика для получения перегретого пара;
- наличие в камере газификации устройства для подачи перегретого пара;
- установка в выпускном патрубке газопровода форсунки для подачи перегретого пара;
- наличие крана для регулирования подачи перегретого пара в камеру газификации;
- использование заполненного водой бака конденсации.
Заявляемое устройство может быть изготовлено с помощью стандартных технологий; основные элементы конструкции выполнены из металла.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР на изобретение №1778150, заявка №4694174 от 22.05.1989 г., опубл. 30.11.1992 г.
2. Патент РФ на изобретение №2081894, заявка №93026922 от 26.05.1993 г., опубл. 20.06.1997 г.
3. Патент на изобретение РФ №2225429, заявка 2003108085 от 24.03.2003 г., опубл. 10.03.2003 г.