ГАЗОГЕНЕРАТОР ТВЕРДОГО ТОПЛИВА
SOLID FUEL GAS GENERATOR

Изобретение относится к устройствам для газификации твердых органических топлив и может быть использовано для производства горючего генераторного газа из отходов предприятий лесного и агропромышленного комплексов, применяемого в качестве основного вида топлива объектами энергетики и коммунального хозяйства, а также в двигателях внутреннего сгорания.
Известен газогенератор твердого топлива, в корпусе которого для повышения эффективности последовательно установлены по ходу перемещения топлива самоохлаждающаяся колосниковая решетка, выполненная из труб с соплами, и вращающаяся решетка (US 4601730, публ. 22.07.86 г.). Использование решеток позволяет повысить однородность состава сырья и газопроницаемость.
Наличие трубок и сопел, по которым истекает газифицирующий агент, требует дополнительного оборудования, подающего этот агент, что приводит к усложнению конструкции известного газогенератора.
Наиболее близким к заявленному изобретению является газогенератор твердого топлива, содержащий корпус, газификационную камеру с одной или несколькими секциями, последовательно установленными вдоль вертикальной оси с возможностью вращения относительно друг друга и корпуса. В верхней секции газификационной камеры установлены патрубок для подачи сырья и патрубок для сбора газа. В нижней секции газификационной камеры установлены патрубок для подачи газифицирующего агента и патрубок для сбора золы (пат. RU 2232347, публ. 10.07.04 г.). Полости секций газификационной камеры сообщены между собой через отверстия в центральной части торцов корпусов. Секции имеют кожух с расположенной в нем футеровкой, в которой закреплены концы термоаккумулирующих элементов. Сами элементы размещены в полостях секций.
В полостях секций газификационной камеры расположены последовательно, сверху вниз, зоны сушки, пиролиза, восстановления и горения твердого топлива, имеющие форму дисков с диаметром, равным диаметру рабочего пространства секций. Термоаккумулирующие элементы, вращающиеся вместе с секциями, нагревая, разрушают спеки и уплотнения топлива, улучшают теплообмен между его частицами, повышая равномерность распределения температуры и газопроницаемость по горизонтальным сечениям газогенератора и, соответственно, его эффективность.
Недостатком конструкции известного газогенератора является ее сложность и значительное увеличение габаритов при увеличении производительности газогенератора, напрямую зависящей от величины зон сушки, пиролиза, восстановления и горения твердого топлива.
Техническим эффектом изобретения является повышение эффективности газогенератора твердого топлива, упрощение его конструкции.
Для достижения технического эффекта в газогенераторе твердого топлива, содержащем корпус, газификационную камеру, установленную соосно корпусу с возможностью вращения относительно него, внутри газификационной камеры расположенные последовательно зоны сушки, пиролиза, горения, восстановления твердого топлива, содержащем патрубки для подачи сырья и газифицирующего агента, установленные в торце газификационной камеры, патрубки для сбора газа и золы, при этом внутри газификационной камеры зоны сушки, пиролиза, горения, восстановления твердого топлива расположены последовательно от центра к периферии, боковая стенка газификационной камеры, расположенная в зоне восстановления, выполнена перфорированной, а полость между стенками корпуса и газификационной камерой сообщена с патрубками для сбора газа и золы.
Заявленная совокупность признаков позволяет за счет центробежных сил, возникающих при вращении газификационной камеры с перфорированной боковой стенкой, создать направление движения исходного сырья и газифицирующего агента от центра к периферии. При этом активные зоны газификации (сушки, пиролиза, горения и восстановления твердого топлива) последовательно расположены от центра к периферии и имеют форму цилиндрических поверхностей, размещенных одна в другой. Толщина активной зоны газификации зависит от температуры горения топлива, теплопроводности каждой из зон и величины тепловых потерь в окружающую среду. Температура горения и теплопроводность зоны определяется в первую очередь видом топлива. А величина тепловых потерь в окружающую среду - размерами рабочего пространства газогенератора, в том числе диаметром корпуса газогенератора. При одинаковых размерах корпуса и одном виде топлива зоны газификации, образованные цилиндрическими поверхностями, имеют больший объем по сравнению с дискообразными зонами газификации в известных конструкциях газогенераторов. Это наглядно показано на развертках зоны газификации I, II, III, соответственно для газогенератора согласно изобретению и для газогенераторов прямого и поперечно процесса газификации (фиг.1). Форма зон газификации и их расположение одна в другой, согласно изобретению, обеспечивают наиболее полное заполнение внутреннего корпуса активными зонами газификации, позволяя эффективно использовать пространство газогенератора, что влечет за собой либо уменьшение габаритных размеров корпуса при сходных производительностях, либо повышение производительности при сходных габаритных размерах газогенератора.
Под действием центробежных сил, заметно превышающих силу тяжести сырья, происходит уплотнение слоев топлива. Уплотнение слоев позволяет увеличить площадь соприкосновения частиц сырья друг с другом, следовательно, повысить теплообмен между ними, что приводит к ускорению протекания химических реакций, процессов пиролиза и интенсификации процесса газификации в целом.
Немаловажное значение имеет и повышенная газопроницаемость. Продукты сгорания и газифицирующий агент, необходимый для горения и процессов газификации под действием центробежных сил перемещаются от центра к периферии, проходя в свободное пространство между частицами топлива. При этом происходит, так называемое, «омывание» газифицирующим агентом частиц сырья и обеспечивается необходимое количество газифицирующего агента для протекания реакции внутри слоя, а не только на той поверхности, где есть доступ газифицирующего агента, как это обычно бывает в традиционных газогенераторах без дутья.
Перфорированная боковая стенка газификационной камеры, расположенная в зоне восстановления, и образующая вместе со стенкой корпуса полость, сообщенная с патрубками для сбора газа и золы, образуют простой узел сбора генераторного газа.
Таким образом, повышение эффективности газогенератора достигается за счет формирования цилиндрических активных зон газификации, расположенных одна в другой, уплотнения слоев топлива, улучшения газопроницаемости и простой конструкции узла сбора генераторного газа.
На фиг.1 представлены развертки активной зоны газификации для газогенератора согласно изобретению и для газогенераторов прямого и поперечно процесса газификации.
На фиг.2 представлена конструкция заявленного газогенератора твердого топлива.
На фиг.3 представлено размещение активных зон газификации в корпусе газогенератора.
Газогенератор твердого топлива содержит газификационную камеру 1, установленную с зазором в корпусе 2 с возможностью вращения относительно него (фиг. 1). Ось вращения камеры газификации 1 совпадает с осью корпуса 2. Газогенератор может быть установлен как в вертикальном, так и в наклонном, и горизонтальном положениях, в зависимости от условий эксплуатации. Обечайка (боковая стенка) 3 газификационной камеры 1 выполнена перфорированной. Корпус 2 образует термооболочку, препятствующую отводу тепла от вращающейся газификационной камеры 1 в окружающую среду.
В торце газификационной камеры 1 установлены патрубки для подачи сырья и газифицирующего агента. На фиг. 1 представлен вариант совмещенного патрубка для подачи сырья и газифицирующего агента, соединяющий крышки 5, 6, соответственно, газификационной камеры и корпуса. В зависимости от условий эксплуатации патрубок для подачи сырья и патрубок для подачи газифицирующего агента могут быть расположены в противоположных торцах газификационной камеры 1 (на рисунке не показано).
Патрубок для сбора золы и патрубок для сбора газа также могут быть установлены в газификационной камере 2 отдельно друг от друга и совместно. Например, при вертикальном положении газогенератора патрубок для сбора золы может быть выполнен кольцевым и установлен в конусообразном нижнем торце корпуса. При этом патрубок для сбора газа может быть установлен в боковой стенке корпуса (на рисунках не показано).
Пример совместного выполнения патрубков показан на фигурах 1, 2. В корпусе 2 установлен патрубок 7 для сбора газа и золы. При улиточной форме корпуса совмещенный патрубок для сбора газа и золы может быть выполнен щелевидным по всей высоте корпуса (на рисунке не показано).
При работе газогенератора исходное сырье-топливо вместе с порцией газифицирующего агента, необходимой для осуществления процессов горения и газификации, через патрубок 4 для подачи сырья и газифицирующего агента попадает в газификационную камеру 1. Под действием центробежных сил сырье перемещается к боковым стенкам газификационной камеры 1, поочередно проходя разные зоны (этапы) газификации. При установившемся процессе горения формируется следующее расположение зон (от центра к боковой стенке корпуса - по пути движения сырья): а - зона прогрева и сушки, в - зона пиролиза, с - зона горения, d - зона восстановления (фиг. 2).
Образующийся в зоне восстановления генераторный газ также подвергается действию центробежных сил и выносится через перфорированную обечайку газификационной камеры 1 в свободное пространство сбора газа, образованное наружной поверхностью вращающейся газификационной камеры 1 и внутренней поверхностью неподвижного корпуса 2. В свободном пространстве газ скапливается до тех пор, пока его не начинает вытеснять вновь образуемый газ в патрубок 7 сбора газа и золы для последующей обработки (очистка и охлаждение). Удаление сажи происходит ее уносом вместе с потоками продуктов горения и газификации. Наиболее тяжелые фракции сажи, золы и пепла оседают на конусообразном нижнем торце корпуса 1, имеющем слабый уклон в сторону патрубка сбора золы. Под воздействием вибраций, вызванных вращением, эти фракции перемещаются по направлению уклона и попадают в патрубок сбора золы.
Изменением величины скорости вращения газификационной камеры регулируется интенсивность процесса газификации в зависимости от вида сжигаемого топлива.
Заявленный газогенератор твердого топлива имеет простую конструкцию, повышающую его надежность.