ГАЗОГЕНЕРАТОР
GAS GENERATOR

Изобретение относится к топливной энергетике, а именно к газогенераторным устройствам, в основном использующим отходы лесопереработки. Изобретение преимущественно может быть использовано для питания двигателей внутреннего сгорания (далее ДВС), а также для газификации и теплоснабжения в промышленности, сельском хозяйстве, для автономных поселений и т.д.
Известны конструкции газогенераторов, содержащих вертикально расположенный корпус, дутьевой канал с отверстиями (фурмами), канал отвода газа и разделительную перегородку (колосниковую решетку) [2], [3], [4]. Технические и конструктивные параметры газогенераторов рассчитывались из условия обеспечения генераторным газом ДВС на режиме максимальной мощности, т.е. для максимальной производительности по генераторному газу. На переходных режимах работы ДВС, а также режимах неполной его загрузки энергетическая ценность генераторного газа снижается. Это происходит вследствие снижения скорости воздушного дутья через фурмы, т.к. снижается объем просасываемого ДВС воздуха через газогенератор, а суммарное проходное сечение фурм остается неизменным. Ввиду этого падает температура в реакционной зоне газогенератора, уменьшается ее активная площадь, снижаются скорости восстановительных реакций, так как данные реакции протекают с поглощением теплоты. Также следует отметить большую инерционность процесса газификации.
Недостатками данных газогенераторов является следующее:
- снижение энергетической ценности генераторного газа на переходных режимах, а также режимах неполной его загрузки;
- низкая эффективность процесса газификации и как следствие снижение однородности состава генераторного газа на переходных режимах, а также режимах неполной его загрузки;
- большая инерционность процесса газификации в газогенераторе, вследствие чего низкая «приемистость» ДВС при резком возрастании его загрузки.
Наиболее близким прототипом к предлагаемому газогенератору является газогенератор, содержащий вертикально расположенный корпус, индивидуальные воздухоподводящие каналы в виде трубок с фурмами на конце, канал отвода газа [1].
У прототипа [1] невозможно индивидуальное управление фурмами в процессе работы газогенератора, также невозможно управление фурмами в объеме камеры газификации газогенератора, так как фурмы расположены и работают только в одной плоскости. На переходных режимах работы ДВС, а также режимах неполной его загрузки энергетическая ценность генераторного газа снижается. Это происходит вследствие уменьшения толщины и температуры реакционной зоны газогенератора, за счет снижения объема воздушного дутья через фурмы, так как снижается объем просасываемого ДВС воздуха через газогенератор. Ввиду этого падает температура в реакционной зоне газогенератора, уменьшается ее активная толщина, снижаются скорости восстановительных реакций.
Недостатками данного газогенератора является следующее:
- снижение энергетической ценности газа на переходных режимах, а также режимах неполной его загрузки;
- низкая эффективность процесса газификации и как следствие снижение однородности состава генераторного газа на переходных режимах, а также режимах неполной его загрузки.
Техническим результатом изобретения является повышение энергетической ценности генераторного газа на переходных режимах, повышение эффективности процесса газификации.
Для достижения указанного технического результата газогенератор содержит цилиндрическую камеру газификации 2, установленную вертикально. Верхняя часть камеры газификации снабжена загрузочным люком с запорным механизмом 15. Нижняя часть камеры газификации снабжена зольниковой решеткой 11 и зольниковым люком 12. Зольниковая решетка 11 прикреплена к камере газификации 2 на цепочном подвесе. Атмосферный воздух, необходимый для процесса газификации, подается по воздушному патрубку 1, через воздушный коллектор 3 и далее через систему электромагнитных клапанов 4 индивидуально к фурмам, расположенным в объеме зоны фурменного пояса 10, по трубкам 6. Камера газификации вместе с газовым резервуаром 7 помещена в термоизоляционный футляр 8 и внешний защитный кожух 9. Для удобства обслуживания камера газификации установлена на опоры 13. Отбор генераторного газа осуществляется в верхней части газового резервуара через газоотводный патрубок 5. Для розжига газогенератора используется технологический люк 14. Схема общего вида газогенератора представлена на рисунках 1 и 2.
Газогенератор работает следующим образом. Камера газификации заполняется небольшой затравочной порцией древесного угля (для первого запуска газогенератора, если газогенератор ранее работал, то древесный уголь не нужен) и твердым топливом для газификации (древесина или отходы ее переработки). После загрузки верхний и нижний люки должны быть герметично закрыты. Через технологический люк осуществляется розжиг древесного угля, находящегося на зольниковой решетке.
Воздух, попадая через фурмы в камеру газификации в районе фурменного пояса, начинает взаимодействовать с древесным углем. Температура в реакционной зоне возрастает. Электромагнитные клапаны фурм открываются и закрываются в зависимости от заданного алгоритма управления, режима работы газогенератора и вида используемого топлива.
По выработке топлива в камере газификации камера загружается снова и цикл повторяется. Зола из камеры газификации удаляется в нижнюю часть газогенератора через зольниковую решетку, которая имеет возможность ограниченного перемещения в горизонтальных и вертикальной плоскостях, так как при креплении зольниковой решетки к нижней части камеры газификации использован цепной подвес, что позволяет более эффективно очищать камеру газификации от зольного остатка.
В газогенераторе используется принцип параметрического регулирования рабочего процесса в объеме фурменного пояса. Газогенератор отличается от традиционных газогенераторов наличием индивидуального подвода воздуха к каждой фурме, это позволяет не только повысить эффективность процесса газификации в газогенераторе за счет подогрева воздуха, подаваемого в реакционную зону через фурмы, но и при помощи системы электромагнитных клапанов изменять число задействованных фурм, поддерживая постоянной скорость истечения воздушного факела из фурмы при различных режимах работы газогенератора. Для поддержания температуры и рабочей толщины реакционной зоны постоянными на переходных (не номинальных) режимах происходит чередование в работе фурм. Также возможен и импульсный режим работы фурм. Кроме этого фурмы расположены не в одной плоскости, а в разных плоскостях по объему камеры газификации фурменного пояса и количество фурм в каждой плоскости может быть различно, причем фурмы в плоскостях расположены со смещением относительно друг друга. Расстояние между плоскостями, на которых расположены фурмы, может быть различно (рисунок 3). Также часть фурм имеет смещение выходного дутьевого отверстия от продольной оси на угол ±α, который лежит в интервале от 0 до 45 градусов (рисунок 4). Этот угол зависит от геометрических размеров газогенератора, количества рядов и количества фурм в ряду, требований к получаемому генераторному газу, вида и структуры газифицируемого топлива. Камера газификации изготовлена в виде усеченного тела вращения - усеченной полусферы. Радиус ее кривизны рассчитывается из условия постоянной толщины реакционной зоны для конкретного ряда фурменного пояса, с учетом количества, проходного сечения и смещения выходного дутьевого отверстия от продольной оси на угол ±α дутьевых фурм.
Использование параметрического регулирования рабочего процесса в объеме фурменного пояса в генераторе позволило:
- оптимизировать температуру в реакционной зоне газогенератора, и как следствие активная толщина реакционной зоны газогенератора остается практически неизменной на всех режимах работы ДВС, скорость воздушного дутья в фурме остается постоянной за счет изменения количества задействованных фурм, так как каждой фурмой управляет свой электромагнитный клапан.
Проведенные исследования по патентным и научно-техническим источникам свидетельствуют, что предлагаемое устройство неизвестно и не следует явным образом из изученного уровня техники, следовательно, соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень».
Заявляемый газогенератор может быть изготовлен в условиях любого предприятия, с использованием стандартного отечественного или импортного оборудования, известных технологий и материалов.
Таким образом, заявляемый газогенератор соответствует критерию «промышленная применимость».
Предлагаемая совокупность существенных признаков сообщает заявляемому газогенератору новые свойства, позволяющие получить указанный технический результат.
1. Патент US 2011/0023363 A1, публ. 03.02.2011 г.
2. Н.Г. Юдушкин. Газогенераторные тракторы /теория, конструкция, расчет/ М.: - 1955 г. МАШГИЗ, 16 п.л.
3. Г.Г. Токарев. Газогенераторные автомобили. М.: - 1955 г. МАШГИЗ, 13 п.л.
4. И.С. Мезин. Транспортные газогенераторы. ОГИЗ СЕЛЬХОЗГИЗ. М.: - 1948.