ГАЗОГЕНЕРАТОР
GAS GENERATOR

Изобретение относится к области переработки твердого топлива, в частности, к газогенераторам обращенного процесса газификации. Газогенератор может быть использован для получения газа в результате сжигания твердого топлива (опилок, кускового угля, торфа, соломы, жмыха, щепы, твердых бытовых отходов и др.).
Известно устройство - газогенератор (патент РФ №2123635, МПК F22B 33/18, от 08.05.1997 г.), содержащее корпус, размещенный в верхней части корпуса патрубок отвода газов, узел загрузки топлива, включающий приемный и промежуточный бункеры, шнек, колосниковую решетку, средства подвода в газогенератор дутьевого воздуха и водяного пара, ворошитель. Недостатком данного устройства является т, что оно не позволит качественно провести процесс горения из-за образования плотного свода над камерой горения, пропитанных смолой обуглившихся частиц, что приводит к прекращению поступления топлива в зону горения. Ворошитель в данном случае малоэффективен. Кроме этого, размещение органического топлива непосредственно в корпусе приведет к быстрому разъеданию стенок кислотой, образующейся в результате горения древесного материала. Система вывода газа предполагает присутствие в газовом потоке значительного выброса твердых дисперсных частиц.
В качестве прототипа выбрано устройство газогенератора обращенного типа газификации (патент на полезную модель №140419, МПК F23B 99/00, F23G 7/00 от 10.07.2013 г.), как наиболее близкое заявляемому изобретению по технической сущности и положительному эффекту, содержащее цилиндрический корпус, внутренний бункер цилиндрической формы с переходом в форму усеченного конуса внизу, откидной люк, камеру газификации с фурменным поясом по окружности, в фурмах которого размещены воздуховоды низкого давления для подачи воздуха в камеру газификации, между корпусом и внутренним бункером образовано кольцевое пространство, газоотборный патрубок, колосниковая решетка, зольник, причем бункер содержит внешнюю и внутреннюю части, внешний корпус бункера переменного сечения: верхняя часть - конической формы с остроконечной вершиной, имеющая больший диаметр основания, чем диаметр внутреннего бункера, и сквозные отверстия для конденсата в большом основании, под сквозными отверстиями в расширенной части основания верхнего внешнего бункера, закреплен контейнер для конденсата, состоящий из закрытой камеры, наполненной поглотителем газа и перфорированной камерой для скопления и выхода конденсата, съемный отражатель, защищающий сквозные отверстия от засорения, загрузочный откидной люк цилиндрической формы, выполненный на верхней части внешнего бункера и закрепленный в нижней части конуса на уровне размещения отражателя, средняя часть - цилиндрической формы и нижняя часть - в виде усеченного конуса, дополнительно в корпусе камеры газификации размещен фурменный пояс с воздуховодом высокого давления в фурмах, газоотборный патрубок закреплен с внутренней стороны в верхней части внутреннего бункера в сквозном отверстии, выходящем в кольцевое пространство между корпусом и внутренним бункером, установлен внутри вдоль внутреннего и внешнего бункера с выходом в сквозное отверстие в нижней части внешнего бункера.
Недостатки прототипа заключаются в том, что при загрузке топлива через откидной люк цилиндрической формы, размещенный в верней части газогенератора будет наблюдаться невысокая плотность загрузки топлива. Весь процесс - цикличен, так как циклично попадание топлива в камеру газификации, поэтому невозможно автоматизировать весь процесс в целом. Кроме этого, возможно «зависание» топлива, вследствие образования плотного свода над камерой горения, пропитанных смолой обуглившихся частиц, что не позволит качественно провести процесс горения. Высокая механическая и тепловая нагрузка на пояс фурм, колосниковую решетку требуют использования дорогостоящих жаропрочных сталей. Высокая температура генераторного газа снижает общий КПД установки и требует дополнительного охлаждения.
Сущность изобретения состоит в том, что газогенератор содержит вертикальный корпус, представляющий собой полое объемное тело, с поперечным сечением произвольной формы. Возможно поперечное сечение в виде круга, многоугольника или другой формы. Внутри корпуса с зазором по отношению к нему размещена рабочая камера, представляющая собой полое объемное тело, возможно цилиндрическое или в виде призмы или другой формы, не имеющее верхнего основания, то есть открытое сверху. Корпус и рабочая камера могут иметь разную форму и (или) размеры в поперечных сечениях на разных уровнях.
Внизу рабочей камеры расположено загрузочное устройство, обеспечивающее подачу твердого топлива (опилок, кускового угля, торфа, соломы, жмыха, щепы, твердых бытовых отходов и др.). в рабочую камеру. В нижней части корпуса размещена зольная камера, где накапливается зола, попадающая туда из зоны горения через верхний и боковые зазоры между корпусом и рабочей камерой. На зольной камере расположена заслонка, предназначенная для выгрузки золы. По периметру рабочей камеры и корпуса находится фурменный пояс с фурмами для подачи через них окислителя в зону реакции в рабочей камере. Фурмы могут располагаться на разных уровнях по высоте и (или) на разной глубине погружения в топливо. В качестве окислителя используется воздух, кислород, водяной пар. Разные фурмы можно использовать для подачи в рабочую камеру разных окислителей. В зависимости от вида твердого топлива или режима работы можно использовать как все, так и часть фурм. Фурменный пояс, фурмы, рабочая камера выше фурменного пояса выполнены из жаропрочного материала. Фурмы могут располагаться как с разных сторон рабочей камеры, так и с одной стороны. Возможна регулировка заглубления фурм во внутрь рабочей камеры путем их перемещения вдоль оси в одну и другую сторону. На верхнем торце корпуса расположен газоотводный патрубок. Возможно размещение газоотводного патрубка в нижней части корпуса. В этом случае происходит отдача тепловой энергии генераторного газа топливу и окислителю и повышается КПД газогенератора в целом. Теплообмен между генераторным газом и топливом и окислителем может осуществляться через встроенный теплообменник, либо через теплообменник полностью или частично внешний.
0
Газогенератор работает следующим образом. В загрузочное устройство подается твердое топливо в виде опилок и др. с помощью, например, шнека или поршня, при этом происходит удаление излишней влаги и уплотнение топлива, а также по мере перемещения топлива снизу вверх ограничение подсоса воздуха. Продвигаясь вверх, топливо заполняет рабочую камеру. После воспламенения газы проходят через слой топлива вверх и выходят через газоотводный патрубок. Через фурмы в зону реакции поступает окислитель в виде воздуха, кислорода, пара. Если газоотводный патрубок размещен в нижней части газогенератора, то полученный газ перемещается через зазор между корпусом и рабочей камеры сверху вниз, нагревая при этом окислитель и топливо. Возможно осуществление теплообмена между генераторным газом и топливом и окислителем через встроенный теплообменник, либо через теплообменник полностью или частично внешний. В процессе работы над слоем топлива образуется «кипящий слой», состоящий из раскаленной золы, топлива и газа, обеспечивающий полное разложение топлива. В отсутствие контакта с металлическими частями температура в зоне реакции может достигать 1300-1700  С, что обеспечивает активное участие в процессе водяного пара с обогащением генераторного газа водородом и метаном. По мере подачи топлива избыток золы пересыпается через край рабочей камеры и попадает через зазор между корпусом и рабочей камерой в зольную камеру. На зольной камере расположена заслонка для выгрузки излишков золы из нее. В зависимости от вида топлива возможна настройка положения фурм путем их перемещения вдоль оси на разную глубину погружения внутрь рабочей камеры. Кроме этого, возможна подача окислителя не во все фурмы, а также подача разных окислителей через разные фурмы с обеспечением различного объема подаваемого окислителя. Возможность регулировки и настройки устройства позволяет обеспечить оптимальные режимы процесса генерации газа для разного вида и состояния топлива. Подача топлива снизу вверх позволяет получить новый технический результат, который заключается в том, что гарантированно не образуется плотный свод над камерой горения из пропитанных смолой обуглившихся частиц, что приводит к замедлению поступления топлива в зону горения. А наоборот над слоем топлива образуется «кипящий слой», состоящий из раскаленной золы, топлива и газа, обеспечивающий полное разложение топлива. В силу того, что при подаче топлива снизу вверх технологический процесс непрерывен и его легко автоматизировать, в отличии от цикличных устройств с верхней загрузкой топлива.
Устройство обладает новизной, так как совокупность существенных признаков не известна из уровня техники. Оно промышленно применимо и может использоваться во многих отраслях народного хозяйства, не требуя создания новых не известных материалов, деталей и узлов. Устройство соответствует критерию изобретательский уровень, так как некоторые существенные признаки проявляют свойства еще не известные. Так, например, подача топлива снизу вверх предотвращает образование плотного свода над камерой горения из пропитанных смолой обуглившихся частиц. Наоборот, при такой подаче топлива обеспечивается создание «кипящего слоя», что обуславливает полное сгорание топлива.
На фиг. 1 схематически показано устройство газогенератора с размещением газоотводного патрубка вверху,
на фиг. 2 схематически показано устройство газогенератора с размещением газоотводного патрубка внизу,
на фиг. 3 схематически показано устройство газогенератора с размещением газоотводного патрубка внизу и наличием внутреннего теплообменника.
Газогенератор содержит вертикальный корпус 1, представляющий собой полое объемное тело, с поперечным сечением произвольной формы. Возможно поперечное сечение в виде круга, многоугольника или другой формы. Внутри корпуса с зазором по отношению к нему размещена рабочая камера 2, представляющая собой полое объемное тело, возможно цилиндрическое или в виде призмы или другой формы, не имеющее верхнего основания. Внизу корпуса и рабочей камеры расположено загрузочное устройство 3, обеспечивающее подачу твердого топлива (опилок, кускового угля, торфа, соломы, жмыха, щепы, твердых бытовых отходов и др.).в рабочую камеру 2. В нижней части корпуса 1 размещена зольная камера 4, где накапливается зола, попадающая туда из зоны горения через верхний и боковые зазоры между корпусом 1 и рабочей камерой 2. На зольной камере 4 расположена заслонка 5, предназначенная для выгрузки золы. По периметру рабочей камеры 2 и корпуса 1 находится фурменный пояс 6 с фурмами 7 для подачи через них окислителя в зону реакции в рабочей камере. Фурмы 7 могут располагаться на разных уровнях по высоте и (или) на разной глубине погружения в топливо. В качестве окислителя используется воздух, кислород, водяной пар. Разные фурмы 7 можно использовать для подачи в рабочую камеру 2 разных окислителей. В зависимости от вида твердого топлива можно использовать как все, так и часть фурм 7. Фурменный пояс 6, фурмы 7, рабочая камера 2 выше фурменного пояса 6 выполнены из жаропрочного материала. Фурмы 7 могут располагаться как с разных сторон рабочей камеры 2, так и с одной стороны. Возможна регулировка заглубления фурм 7 во внутрь рабочей камеры 2 путем их перемещения вдоль оси в одну и другую сторону. На верхнем торце корпуса 1 расположен газоотводный патрубок 8. Возможно размещение газоотводного патрубка 8 в нижней части корпуса 1. В этом случае происходит отдача тепловой энергии генераторного газа топливу и окислителю и повышается КПД газогенератора в целом. Теплообмен между генераторным газом и топливом и окислителем может осуществляться через встроенный теплообменник 9, либо через теплообменник полностью или частично внешний.