КОМБИНИРОВАННЫЙ ГАЗОГЕНЕРАТОР

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Полезная модель относится к энерготехнологическому оборудованию автомобильного транспорта и может быть использована для газификации кускового твердого топлива, в том числе, полиэтиленсодержащих и древесносодержащих отходов в виде пеллетного топлива, состоящего из биомассы и отходов полиэтилена, с последующим использованием полученного генераторного газа для питания двигателей внутреннего сгорания.
Рост энергопотребления и истощение, в связи с этим, невозобновляемых природных ресурсов в ходе научно-технического прогресса, вызывает необходимость поиска альтернативных источников энергии и технологий их получения и применения, то есть к развитию зеленой энергетики. Воздействие человека на природные объекты в ходе технологического прогресса и развития цивилизации привело к нарушению экологического равновесия [1, c.5], загрязнения окружающей среды твердыми, жидкими и газообразными отходами, которые при определенных условиях можно использовать как вторичное сырье для получения альтернативного топлива. Одним из видов таких отходов является полиэтилен, последствия загрязнения которым мирового океана являются катастрофическими. Поскольку дальнейшее ухудшение состояния окружающей среды становится опасным для человечества, необходимо принятие мер по ее защите.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Современные технологии по переработке твердых бытовых отходов и уровень техники позволяют организовать технологический процесс как в промышленном масштабе, так и на небольших площадках [2, с. 519]. Ввиду того, что отходы бытового и производственного происхождения имеют разнообразнейшую структуру, т.е. представляют собой многокомпонентную массу, и, с другой стороны, существуют повышенные санитарные требования к процессу переработки твердых бытовых отходов (ТБО, необходимы технологии, которые позволили бы минимизировать вред, наносимый окружающей среде в процессе переработки, и, в конечном счете, позволили бы получить полезный продукт, например, в виде дополнительных энергоресурсов. Так, одним из таких решений является получение газогенераторного топлива для автомобильных двигателей внутреннего сгорания.
Наиболее близким к предложенному комбинированному газогенератору из известных технических решений является газогенератор обращенного процесса газификации. Генераторы такого типа используется на газогенераторных автомобилях, содержащий крышку загрузочного бункера, топливный бункер для загрузки кускового твердого топлива, корпус газогенератора, реактор, раму, люк розжига, люк зольника, зольник, воздушный коллектор, шуровочный механизм, патрубок генераторного газа, прибор для измерения температуры, предохранительный клапан [3, с. 302-307].
Основными недостатками указанного газогенератора обращенного процесса газификации являются:
увеличение веса автомобиля за счет прицепа при установке его на прицепе; трудность маневрирования автомобилем; невозможность движения задним ходом; нерациональное использование габаритов автомобиля; неудобство обслуживания газогенератора; длинный газопровод от газогенератора к двигателю; увеличенный расход топлива 10-15% - при движении автомобиля с прицепом по пересеченной местности;
изменение первоначальной конструкции при размещении его внутри кузова или между кузовом и кабиной грузового автомобиля: в первом случае газогенератор отгораживают железным листом, а во втором - грузовую платформу укорачивают (0,4-0,5 м), что уменьшает полезную площадь кузова на 5-10%, или отодвигают назад, при этом увеличивая нагрузку на заднюю ось груженого автомобиля. Газогенератор, установленный на автомобиле, увеличивает его лобовое сопротивление на 5-8%;
увеличение габаритных размеров автомобильных газогенераторов при использовании кускового твердого топлива низкой насыпной плотности, что приводит к уменьшению пробега автомобиля на одной заправке;
необходимость полной остановки и разгерметизация газогенератора для загрузки топливом.
Данный газогенератор обращенного процесса газификации выбран за прототип.
ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ
Известно изобретение [4], авторское свидетельство RU 2405025 C1, кл. C10J 3/02 (2006.01), C10J 3/20 (2006.01), опубл. 27.11.2010 Бюл. № 33, автор Ветров И.М. - “Газогенераторная установка с обращенным процессом горения для выработки синтез-газа из углеродсодержащего сырья и углекислого газа”. Изобретение относится к области экологически чистой утилизации твердого углеродсодержащего сырья (биомасса, торф, каменный уголь, сланцы, древесный уголь) и углекислого газа продуктов сгорания углеводородного топлива, обжига известняка, разложения биомассы в газогенераторной установке с обращенным процессом горения для выработки синтез-газа применительно к каталитической установке для синтеза качественного, относительно недорогого газообразного и жидкого моторного топлива (диметиловый эфир, бутанол, высокооктановый бензин), применение которого перспективно в транспорте, технике, механизированных устройствах и др. Технико-экономическим преимуществом предлагаемой установки по сравнению с прототипом является экономически выгодное использование относительно несложного и недорогого дополнительного устройства для эффективной одновременной газификации твердого и газообразного углеродсодержащего сырья для выработки синтез-газа.
Известно изобретение [5], патент RU 2443759C1, кл. C10J 3/20(2006.01); F23B 10/00(2011.01); F24H 1/46(2006.01); F23C 6/04(2006.01), опубл. 27.02.2012, Бюл. № 6, автор Рагинов Н.М. - “Газогенератор «Рабика»”. Изобретение относится к газогенераторным установкам для получения генераторного газа из дешевых видов твердого топлива с последующим сжиганием газа в системе отопления жилых и производственных помещений. Газогенератор содержит вертикальную камеру газификации, колосниковую решетку, средство для подачи воздуха, приспособление для отвода генерируемого газа, вытяжную трубу и средство для отвода тепла, получаемого от сгорания генераторного газа. Новое заключается в том, что приспособление для отвода генерируемого газа установлено над камерой газификации, выполнено в виде основания камеры сгорания газа. Технический результат заключается в уменьшении затрат на изготовление газогенератора и повышении его КПД при использовании устройства в системах отопления жилых и производственных помещений.
Известно изобретение [6], патент RU 2442817C2, кл. C10J 3/20(2006.01), C02F 11/04(2006.01), опубл. 20.02.2012, Бюл. № 5, авторы Ковалев Д.А., Камайданов Е.Н., Павловская Н.Г. - “Газогенераторная установка”. Изобретение относится к автономным источникам энергии, работающим на возобновляемых видах топлива, к установкам газификации биомассы, в основном древесных и других растительных отходов, твердых фракций осадков и илов процессов очистки сточных вод, не подлежащего агротехнической утилизации навоза (при отсутствии доступных сельхозугодий, инвазиях) и других органосодержащих субстратов, образующихся в процессе хозяйственной деятельности человека. Предлагаемое изобретение может быть использовано, в первую очередь, для выработки электрической и тепловой энергии в отсутствие или в целях резервирования централизованного энергоснабжения на сельхозпредприятиях, лесозаготовках, коммунальных объектах.
Известно изобретение [7], патент RU 137552 U1, кл. C10J 3/20, опубл. 20.02.2014, Бюл. № 5, автор Жарков Г.В. - “Газогенераторная установка”. Полезная модель относится к области энергетики, а именно к газогенераторным энергетическим установкам, предназначенным для получения горючего газа из сыпучего топлива (лузги) для питания двигателей внутреннею сгорания промышленного производства и может быть использована для выработки электрической и тепловой энергии в отсутствие или резервирования центрального энергоснабжения на сельхозпредприятиях. Задачей полезной модели является создание газогенераторной установки, способной обеспечивать многочасовую работу без остановки и применения ручного труда, а также наличие эффективной системы очистки для получения генераторного газа с параметрами установленными изготовителями промышленных двигателей.
Известно изобретение [8], патент RU 2 579 112 C1, кл. F23G 5/027(2006.01), C10J 3/00(2006.01), опубл. 27.03.2016 бюл. №9, авторы Кашин Е.М., Диденко В.Н. - “Газогенератор твердого топлива”. 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. Техническим результатом является интенсификация процесса газификации при обеспечении высокой теплоты сгорания получаемого генераторного газа и повышение надежности газогенератора.
Известно изобретение [9], авторское свидетельство RU 2579285 кл. F23B 30/00 (2006.01), C10J 3/20 (2006.01), опубл. 10.04.2016 Бюл.№ 10, авторы Ярыгин Л.А., Клепиков Г.Я., Ермаков И.Г. - “Газогенератор обращенного процесса газификации”. Задача предлагаемого изобретения - производство генераторного газа из бурого угля, смолистой древесины и торфа. Поставленная задача достигается тем, что в газогенераторе обращенного процесса газификации, содержащего составной корпус с крышкой, колосниковую решетку, загрузочное устройство в виде загрузочного люка и топливного бункера, фурмы подачи воздуха, патрубок отвода генераторного газа и патрубками входа и выхода атмосферного воздуха, воздуховоды между корпусами газогенератора, полость для воздушной рубашки, полость отвода генераторного газа между корпусами и разгрузочное устройство, новым является то, что на наружной поверхности внутреннего корпуса установлены три кольцевые фурмы, состоящие из обечаек, верхних и нижних кольцевых стенок, высота каждой фурмы равна диаметру внутреннего корпуса, расстояние между фурмами равно 20-30 мм, под каждой фурмой расположено по 12 дутьевых сопел на уровне верхних торцевых стенок, выполненных в виде усеченных конусов с входными и выходными эллипсовидными отверстиями.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности является Газогенератор обращенного процесса газификации (см. [9]), выбранный в качестве прототипа.
В основе полезной модели лежит задача усовершенствования газогенератора обращенного процесса газификации, обеспечивая возможность его установки под кузовом газогенераторного автомобиля, тем самым повышая эксплуатационные свойства автомобиля.
Решение поставленной задачи достигается тем, что газогенератор обращенного процесса газификации, содержащего корпус генератора, соединенный с зольником, имеющим люк зольника, установленный на раме, внутри которого встроен топливный бункер для загрузки кускового твердого топлива, содержащий крышку загрузочного бункера с установленным на ней предохранительным клапаном, патрубок генераторного газа, содержащий прибор для измерения температуры, воздушный коллектор, люк для розжига, шуровочный механизм, реактор, размещенный, согласно полезной модели, в корпусе генератора, соединенный с зольником, имеющим люк зольника, установленный на раме, внутри которого встроен топливный бункер для загрузки кускового твердого топлива, содержащий крышку загрузочного бункера с установленным на ней предохранительным клапаном, патрубок генераторного газа, содержащий прибор для измерения температуры, воздушный коллектор, люк для розжига, шуровочный механизм, в нижней его части вмонтирована пеллетная горелка объемного типа, подающая с помощью шнека пеллетное топливо, состоящее из биомассы и отходов полиэтилена в реактор, имеющий отверстия, предназначенные для подачи воздуха.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ И ИНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Суть полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен комбинированный газогенератор.
1 - Загрузочный бункер; 2 - Предохранительный клапан; 3 - Топливный бункер; 4 - Пеллетная горелка объемного типа; 5 - Корпус газогенератора; 6 - Рама; 7 - Реактор; 8 - Отверстия; 9 - Шуровочный механизм; 10 - Зольник; 11 - Люк зольника; 12 - Воздушный коллектор; 13 - Люк розжига; 14 - Патрубок генераторного газа; 15 - Прибор для измерения температуры; 16 - Вращающий шнек.
ПОЗИЦИИ НА ЧЕРТЕЖЕ
Таблица 1
Позиция
Обозначение
1
Загрузочный бункер
2
Предохранительный клапан
3
Топливный бункер
4
Пеллетная горелка объемного типа
5
Корпус газогенератора
6
Рама
7
Реактор
8
Отверстия
9
Шуровочный механизм
10
Зольник
11
Люк зольника
12
Воздушный коллектор
13
Люк розжига
14
Патрубок генераторного газа
15
Прибор для измерения температуры
16
Вращающий шнек
Комбинированный газогенератор содержит загрузочный бункер 1, имеющий крышку с установленным на ней предохранительным клапаном 2, топливный бункер для загрузки кускового твердого топлива 3, пеллетную горелку объемного типа для подачи пеллетного топлива состоящего из биомассы и отходов полиэтилена 4, расположенную в нижней части корпуса 5, установленного на раме 6, реактор 7 с отверстиями 8 для подачи воздуха, шуровочный механизм 9, зольник 10, имеющий люк зольника 11, воздушный коллектор 12, люк розжига 13, патрубок генераторного газа 14, прибор для измерения температуры 15, шнек 16.
Комбинированный газогенератор работает следующим образом.
Перед загрузкой кускового твердого топлива и пеллетного топлива состоящего из биомассы и отходов полиэтилена, двигатель газогенераторного автомобиля глушат (на фиг. 1 не показан), а затем открывают крышку загрузочного бункера 1 с установленным на ней предохранительным клапаном 2 топливного бункера 3 (фиг. 1). Загружают кусковое твердое топливо в топливный бункер 3, а затем закрывают крышку загрузочного бункера 1 с установленным на ней предохранительным клапаном 2. Из бункера-ворошителя (на фиг. 1 не показан) пеллетное топливо, состоящее из биомассы и отходов полиэтилена, транспортируют пеллетной горелкой объемного типа 4 в нижнюю часть корпуса газогенератора 5, установленного на раме 6 в реактор 7 с отверстиями 8, расположенный над шуровочным механизмом 9 и зольником 10, имеющим люк зольника 11. Реактор 7 заполняется пеллетным топливом, состоящим из биомассы и отходов полиэтилена, и пеллетная горелка объемного типа 4 отключается. Кусковое твердое топливо через горловину топливного бункера 3 частично соединяются с пеллетным топливом, состоящим из биомассы и отходов полиэтилена, находящимся в реакторе 7. Диаметр отверстия топливного бункера 3 и высота над реактором 7 такого размера, что образуется столб кускового твердого топлива между топливным бункером 3 и реактором 7. Через воздушный коллектор 12 подают воздух, и далее, в реактор 7 через отверстия 8 пеллетной горелки объемного типа 4. Открывают люк розжига 13 и с помощью галогенновой лампы осуществляют быстрый розжиг пеллетного топлива, состоящего из биомассы и отходов полиэтилена по всему объему реактора 7. Затем галогенновую лампу удаляют, а люк розжига 13 закрывают. В реакторе 7, в верхней его части, реализуется процесс пиролизной газификации кускового твердого топлива, в нижней - газификация пеллетного топлива, состоящего из биомассы и отходов полиэтилена, а в средней - газификация смол, выделяющихся из кускового твердого топлива и пеллетного топлива, состоящего из биомассы и отходов полиэтилена. Образующийся газогенераторный газ движется в нижнюю часть реактора 7, затем по корпусу пеллетной горелки объемного типа 4, и попадает по трубопроводу в полость между топливным бункером 3 и корпусом газогенератора 5 и далее по патрубку генераторного газа 14 в направлении двигателя газогенераторного автомобиля. Кусковое твердое топливо из топливного бункера 3 перемещается в реактор 7, частично заполняя его, и выдавливает золу на периферию реактора 7. Соотношение пеллетного топлива, состоящего из биомассы и отходов полиэтилена к золе в реакторе, уменьшается, и реакционная зона уменьшается, температура газа падает, что фиксирует прибором для измерения температуры 15. От прибора для измерения температуры 15 передается сигнал на пеллетную горелку объемного типа 4, и она включается, транспортируя пеллетное топливо, состоящее из биомассы и отходов полиэтилена, в реактор 7. Пеллетное топливо, состоящее из биомассы и отходов полиэтилена, вытесняет золу и, возможно, небольшое количество недогазифицированного пеллетного топлива, состоящего из биомассы и отходов полиэтилена, из реактора 7, и они осыпаются на колосниковые решетки шуровочного механизма 9, расположенные в нижней части корпуса газогенератора 5, которые поддерживают жар незначительного количества разжаренных частиц, осыпавшихся вместе с золой. При необходимости выполняют шуровку шуровочным механизмом 9. Зола просыпается далее в камеру зольника 10, откуда она периодически удаляется через имеющий люк зольника 11. При заполнении реактора 7, столб пеллетного топлива, состоящего из биомассы и отходов полиэтилена, подымается и давит на столб кускового твердого топлива, поступающего из топливного бункера 3, нагрузка на двигатель, вращающий шнек 16 пеллетной горелки объемного типа 4, резко возрастает, и он отключается.
Начинается новый цикл газификации кускового твердого топлива и пеллетного топлива, состоящего из биомассы и отходов полиэтилена. При изменении соотношения пеллетного топлива, состоящего из биомассы и отходов полиэтилена и золы, процесс в реакторе 7 повторяется.
В случае превышения давления или воспламенения газа в газогенераторе, срабатывает предохранительный клапан 2, установленный на крышке загрузочного бункера 3.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Бобович Б.Б. Процессы и аппараты переработки отходов: учебное пособие / Б.Б. Бобович. - Екб, Издательство АТП, 2015 год. - 288 с.
2. Кольцов В.Б. Процессы и аппараты охраны окружающей среды: учебник и практикум для акдемического бакалавриата. под общ. ред. В.И. Каракеяна. / В.Б. Кольцов, О.В. Кольцова: - М.: Издательство Юрайт, 2014. - 588с.
3. Осьмак О.О., Серьогін, О.О. Системний підхід до вирішення проблеми газифікації рослинної біомаси. Харчова промисловість. 2011, № 10, с. 302-307.
4. Патент RU 2405025 C1, кл. C10J 3/02 (2006.01), C10J 3/20 (2006.01), опубл. 27.11.2010 Бюл. № 33, автор Ветров И.М. - “Газогенераторная установка с обращенным процессом горения для выработки синтез-газа из углеродсодержащего сырья и углекислого газа”.
5. Патент RU 2443759C1, кл C10J 3/20(2006.01); F23B 10/00(2011.01); F24H 1/46(2006.01); F23C 6/04(2006.01), опубл. 27.02.2012, Бюл. № 6, автор Рагинов Н.М. - “Газогенератор «Рабика»”.
6. Патент RU 2442817C2, кл. C10J 3/20(2006.01), C02F 11/04(2006.01), опубл. 20.02.2012, Бюл. № 5, авторы Ковалев Д.А., Камайданов Е.Н., Павловская Н.Г. - “Газогенераторная установка”.
7. Патент RU 137552 U1, кл. C10J 3/20, опубл. 20.02.2014, Бюл. № 5, автор Жарков Г.В. - “Газогенераторная установка”.
8. Патент RU 2579112 C1, кл. F23G 5/027(2006.01), C10J 3/00(2006.01), опубл. 27.03.2016 бюл. №9, авторы Кашин Е.М., Диденко В.Н. - “Газогенератор твердого топлива”.
9. Авторское свидетельство RU 2579285, кл. F23B 30/00 (2006.01), C10J 3/20 (2006.01), опубл. 10.04.2016 Бюл.№ 10, авторы Ярыгин Л.А., Клепиков Г.Я., Ермаков И.Г. - “Газогенератор обращенного процесса газификации”.