ГАЗОГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к энергетике и может быть использована для термохимической переработки горючих продуктов в горючий газ, тепло и электроэнергию.
Известна газогенераторная установка, содержащая газогенератор с дымовой трубой для отвода дымовых газов и выходом генераторных газов, связанным с котлом-утилизатором, с размещенными в нем охладителем-очистителем грубой очистки. Выход котла-утилизатора соединен через отсечной клапан с воздуходувкой, связанной через фильтр тонкой очистки с ресивером.
После загрузки в газогенератор топлива (отходы деревопереработки, торф) производится розжиг газогенератора при открытой дымовой трубе, после чего она перекрывается клапаном. Образовавшийся в газогенераторе генераторный газ пропускается через охладитель - очиститель грубой очистки, отдавая часть тепла циркулирующей через котел воде и освобождаясь от крупных механических примесей, унесенных из газогенератора. Далее охлажденный и частично очищенный газ через отсечной клапан и воздуходувку поступает на тонкую очистку, после которой скапливается в ресивере. Процесс газогенерации контролируется с помощью манометров, термометров и газоанализатора. Полученный газ может быть использован для питания газопоршневых электростанций.
(см. патент на полезную модель №45013. кл. F23B 1/14, 2005 г.).
В результате анализа выполнения данной газогенераторной установки необходимо отметить, что она позволяет получить генераторный газ достаточно высокой чистоты. В процессе работы установки контролируются температура, давление получаемого газа, его состав. Однако она не позволяет получать генераторный газ с заданными характеристиками и обеспечить их регулирование в процессе работы установки.
Известна газогенераторная установка, содержащая газогенератор с бункером для загрузки сырья и зольником для сбора несгоревших отходов. В корпусе образована топка с колосниковой решеткой. Газовый выход газогенератора через теплообменник связан с устройством очистки генераторного газа, которое через вентилятор связано со смесителем, где полученный газ смешивается с дизельной фракцией. Полученная смесь подается на газовый дизель, связанный с электрогенератором.
(см. патент РФ №2280820. кл. F24H 1/00, 2006 г. - наиболее близкий аналог.
В результате анализа известной установки необходимо отметить, что она обеспечивает получение очищенного газа, используемого для приготовления топливной смеси, подаваемой в газовый дизель. Однако данная установка характеризуется большими потерями топлива газогенератора вследствие его недожига и удаления с очаговыми остатками в отходы, а также ограниченными возможностями регулирования состава полученного генераторного газа
Техническим результатом настоящей полезной модели является обеспечение снижения затрат на подготовку топлива к газификации, снижение недожога углерода в процессе газификации, а также потерь тепла с удаляемыми очаговыми остатками, а также обеспечение возможности управления процессом газификации, улучшение состава генераторного газа и повышение удельной мощности газогенератора.
Указанный технический результат обеспечивается за счет того, что в газогенераторной установке, содержащей газогенератор, в котором образована камера газификации с колосниковой решеткой, устройства подачи топлива и выгрузки его очаговых остатков, систему подачи окислителя, включающую вентилятор и теплообменник, а также систему выдачи генераторного газа, новым является то, что камера газификации разделена вертикальной перегородкой на две части, одна из которых связана с выходом устройства подачи топлива, а в другой - установлена колосниковая решетка с размещенным под ней бункером для очаговых остатков топлива, связанным с входом устройства выгрузки очаговых остатков, при этом устройство выгрузки очаговых остатков соединено оснащенным запорным элементом каналом с устройством подачи топлива, а система подачи окислителя включает связанный с вентилятором теплообменник, имеющий подающие сопла, связанные трубопроводами с устройством подачи топлива в камеру газификации, под колосниковую решетку и в рабочую зону камеры газификации, система выдачи генераторного газа содержит связанные с отводным трубопроводом и оснащенные запорными элементами патрубки, один из которых расположен под колосниковой решеткой, а другой - в верхней части газогенератора, при этом отводной трубопровод имеет возможность соединения через теплообменник с потребителем генераторного газа или с накопительной емкостью.
Газогенераторная установка может содержать шурующую планку для шуровки топлива на колосниках газогенератора, оснащенную механизмом возвратно - поступательного перемещения, а в системе выдачи генераторного газа может быть установлен блок катализа генераторного газа, а на корпусе газогенератора могут быть установлены плазматрон или генератор токов высокой частоты, обеспечивающие интенсификацию процесса газификации.
Снижение затрат на подготовку топлива обеспечиваются за счет транспортировки его шнековым транспортером допускающим гранулометрический состав топлива до 30 мм. Такой диапазон крупности не требует специального окускования или специального тонкого измельчения топлива. Так как конструкцией газогенератора предусмотрен канал соединяющий устройство выгрузки очаговых остатков с устройством подачи топлива, то при перепуске горячих очаговых остатков в устройство подачи топлива, очаговые остатки передают тепло топливу и подсушивают его. Это снижает потери тепла и позволяет исключить необходимость глубокой сушки топлива перед газификацией, например, до влажности 5-6%, а дает возможность использовать топливо с влажностью до 30%, что снижает затраты на подготовку топлива. Кроме того, конструкцией газогенераторной установки предусмотрена ее непрерывная работа, что обуславливает постоянное движение топлива в камере газификации, а также предусмотрена одновременная подача окислителя в устройство подачи топлива, под слой топлива в камере газификации, под колосники. В результате эти особенности конструкции значительно увеличивают интенсивность процесса газификации и соответственно удельную мощность газогенераторной установки.
В связи с тем, что приводы вращения шнеков устройств подачи топлива в газогенератор и удаления очаговых остатков оснащены частотными регуляторами, обеспечивается регулирование производительности шнеков через изменение скорости вращения их рабочих органов. Регулирование привода вентилятора увеличивает возможности эффективного управления процессом газификации. Наличие канала перепуска удаляемых очаговых остатков в устройство подачи топлива позволяет вернуть очаговые остатки в камеру газификации для более полного снижения в очаговых остатках не прореагировавшего углерода.
Управление работой газогенераторной установки осуществляется автоматически, через программируемый контроллер, систему датчиков и частотно регулируемых приводов механизмов.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлена схема газогенераторной установки.
Газогенераторная установка включает газогенератор 1, в корпусе которого образована камера газификации 2, футерованная теплостойким материалом 3. В камере газификации размещены колосники 4. Для подачи топлива в газогенератор используется устройство, содержащее помещенный в корпус шнек 5 с частотно регулируемым приводом вращения шнека и приемный бункер 6 для топлива, связанный с полостью корпуса устройства подачи топлива. Для выгрузки очаговых остатков топлива из газогенератора предназначено устройство выгрузки, содержащее помещенный в корпус шнек 7, с частотно регулируемым приводом его вращения. Полости корпусов устройств, в которых установлены шнеки 5 и 7 связаны перекрываемым запорным элементом (позицией не обозначен) каналом 8 перепуска очаговых остатков от шнека 7 на шнек 5.
Установка содержит систему подачи окислителя (воздуха), выполненную в виде сопел 9а, 9б, 9в, 9г под колосниковую решетку, в рабочую зону камеры газификации, а также в полость корпуса устройства подачи топлива. Система также содержит вентилятор 10 нагнетания окислителя в теплообменник 11 и далее в камеру газификации и устройство подачи топлива. Вентилятор оснащен частотно регулируемым приводом его вращения.
Камера газификации газогенератора перегородкой 12 разделена на две части, одна из которых перекрыта колосниками, а другая - не перекрыта колосниками. Система выдачи генераторного газа содержит установленный на корпусе газогенератора в нижней его части и оснащенный запорным элементом патрубок 13 выдачи генераторного газа и установленный в верхней части оснащенный запорным элементом патрубок 14 выдачи генераторного газа. Патрубки 13 и 14 соединены отводным трубопроводом 15, который через теплообменник 11 имеет возможность соединения с потребителем (например, с топкой котла) или с накопительной емкостью. Розжиг газогенератора осуществляется горелкой 16. Частотно регулируемые приводы шнеков обозначены позицией 17, а бункеры очаговых остатков и золы соответственно позициями 18 и 19. На корпусе шнека 5 имеется оснащенный запорным элементом патрубок 20 сброса пара. В нижней части газогенератора имеется патрубок 21 подачи пара под колосники 4. Полость газогенератора связана с каналом 22 подачи газов терморазложения топлива от шнека 5.
Газогенераторная установка может быть оснащена охлаждаемой водой шурующей планкой 23, имеющей привод возвратно-поступательного перемещения. Данные приводы широко известны и нет необходимости в их подробном описании. В состав генераторной установки могут быть введены блок 24 катализа полученного генераторного газа, установленный, например, на входе в патрубок 14, а также плазмотрон или генератор токов высокой частоты 25, установленные на корпусе газогенератора. Конструкции данных агрегатов также известны.
В агрегатах установки используются стандартные запорные элементы.
Газогенераторная установка работает следующим образом.
Из бункера 6 топливо шнеком 5 подается в камеру газификации 2. Затем включается вентилятор 10 и в сопла 9а, 9б, 9в, 9г по трубопроводам через теплообменник 11 подается окислитель, например, воздух. Включается горелка 16, например, газовая, которая инициирует возгорание топлива в камере газификации. При этом либо нижний патрубок 13, либо верхний патрубок 14, либо оба патрубка открыты. Канал 8 перекрыт. По мере поступления топлива в камеру газификации и одновременном его выгазовывании за счет выталкивания шнеком 5, топливо перемещается на колосники 4. Топливо, прошедшее газификацию в движении достигает колосников и в виде очаговых остатков, частицы которого имеют меньшие размеры, чем частицы топлива, проваливается через колосники 4 в бункер 18 очаговых остатков, откуда они транспортируются шнеком 7 в бункер 19 золы. Если в очаговых остатках оказывается большое количество не выгоревшего углерода, то открывают запорный элемент канала 8 и очаговые остатки поступают на шнек 5, по которому вместе с топливом подаются в камеру газификации для более полного выгорания углерода. Канал 8 открывают также в случае поступления топлива с повышенной влажностью. В этом случае горячие очаговые остатки смешиваются с топливом, обеспечивает его подсушку и частично терморазложение. При этом пар от подсушиваемого топлива может быть сброшен через канал 20 по трубопроводу (не показан) в канал 21 под колосники, а газы от частичного терморазложения топлива поступают через канал 22 в камеру газификации и, участвуя в реакциях восстановления, повышают количество горючих компонентов в генераторном газе. На трубопроводе 15 установлены датчики состава и температуры генераторного газа и по их сигналам программируемый контроллер в системе управления обеспечивает через частотно регулируемые приводы оптимальную производительность работы шнеков 5, 7 и вентилятора 10, что позволяет поддерживать оптимальный состав и температуру получаемого генераторного газа. Генераторный газ имеет повышенную температуру и, проходя через теплообменник 11, нагревает окислитель, который подается в теплообменник вентилятором 10. При выпуске генераторного газа только через верхний патрубок 14 генераторный газ будет содержать больше конденсируемых смолистых составляющих. При выпуске генераторного газа только через нижний патрубок 13 генераторный газ будет иметь меньше конденсируемых смолистых составляющих. При выпуске из обоих патрубков генераторный газ будет иметь усредненный состав. Регулируя количество выпускаемого генераторного газа через перекрываемые патрубки 13, 14, а также используя блок катализа 24, можно влиять на его состав и температуру.
Таким образом, как было указано выше, регулируя подачу топлива, выдачу очаговых остатков, подачу окислителя и выдачу генераторного газа можно в широких пределах изменять состав, температуру и количество получаемого генераторного газа.
Очаговые остатки некоторых видов топлива при определенных температурах склонны к спеканию в куски, которые не могут провалиться через колосники в бункер очаговых остатков 18. В этом случае включается в работу охлаждаемая водой шурующая планка 23, которая разрушает спекшиеся куски очаговых остатков и обеспечивает их провал сквозь колосники. Для повышения в генераторном газе горючих составляющих, включают блок катализа газа 24, а в случае необходимости повышения интенсивности процесса газификации вводят в работу плазмотроны или генераторы тока высокой частоты 25.
2
3
3
Эксплуатация описанной генераторной установки показала, что интенсивность газификации составляет от 1000 до 1800 кг топлива в час на 1 м площади камеры газификации, что является высоким показателем. Теплота сгорания получаемого генераторного газа при подаче в качестве окислителя воздуха без очистки составляла 1300-1450 Ккал/нм. При эксплуатации газогенераторной установки использовалось топливо с гранулометрическим составом 0-30 мм. Непрерывная эксплуатация генераторной установки в течение 120 суток показала надежную ее работу. Затраты на производство 1 м генераторного газа были на 40% ниже, чем при газификации топлива по известным решениям. Недожог углерода в очаговых остатках был в пределах 1-1,5%, что ниже этого показателя получаемого при функционировании известных установок.