ГАЗОГЕНЕРАТОР
GAS GENERATOR

Изобретение относится к топливной энергетике, а именно к газогенераторным устройствам, в основном использующим отходы лесопереработки. Изобретение может быть использовано для питания двигателей внутреннего сгорания, для газификации и теплоснабжения в промышленности, сельском хозяйстве, для автономных поселений и т.д.
Известны конструкции газогенераторов, содержащих вертикально расположенный корпус, дутьевой канал, канал отвода газа и разделительную перегородку (колосниковую решетку) [2], [3], [4].
Недостатками данных газогенераторов является следующее. При применении воздушного или паровоздушного дутья в генераторном газе присутствует около 50% атмосферного азота, который снижает энергетическую ценность генераторного газа. Следовательно, единица объема воздушного генераторного газа имеет малую теплотворную способность. Эффективность процесса газификации генераторов воздушного газа составляет 60-70%. Подготовка сырья требует значительных затрат, особенно в отношении древесины и отходов лесопереработки (измельчение, сушка), для нормального осуществления процесса газификации.
Наиболее близким к предлагаемому газогенератору является газогенератор, содержащий вертикально расположенный корпус, дутьевой канал, канал отвода газа и электронагреватель, который выполнен колоколообразным и закреплен открытым торцом на днище внутри корпуса по оси последнего, а дутьевой канал выполнен в виде размещенной внутри корпуса трубки, нижний конец которой расположен над выпуклой частью электронагревателя [1].
Недостатками данного газогенератора является следующее. Нагревательный элемент расположен в реакционной зоне газогенератора, следовательно, ресурс самого нагревательного элемента ограничен в использовании вследствие воздействия высоких температур и агрессивной среды. При применении воздушного или паровоздушного дутья в генераторном газе присутствует около 50% атмосферного азота, который снижает энергетическую ценность генераторного газа. Следовательно, единица объема воздушного генераторного газа имеет малую теплотворную способность. Эффективность процесса газификации генераторов воздушного газа составляет 60-70%.
Техническим результатом изобретения является повышение ресурса используемого электрического нагревательного устройства, повышение эффективности процесса газификации за счет подвода тепловой энергии извне при помощи электрического нагревательного устройства, снижение затрат на подготовку сырья, а именно древесины и отходов лесопереработки (измельчение, сушка), для нормального осуществления процесса газификации, а также увеличение теплотворности единицы объема генераторного газа, не зависимо от влажности исходного сырья и его исходного типоразмера.
Для достижения указанного технического результата газогенератор сдержит цилиндрическую камеру газификации 2, установленную вертикально. Верхняя часть камеры газификации снабжена загрузочным люком с запорным механизмом 1. Нижняя часть камеры газификации снабжена зольникоприемником 6 и зольниковым люком 7. Тепловая энергия, необходимая для процесса газификации, создается непосредственно на стальном корпусе камеры газификации за счет применения секционированного индуктора 11, работающего на переменном токе промышленной частоты. Секции индуктора могут быть собраны в общий тепловой контур через диэлектрические проставки 4, что позволяет реализовать последовательное, параллельное или смешанное электрическое соединение индукторов. Для контроля и оптимизации температурного режима в камере газификации газогенератор снабжен термодатчиками 3, разнесенными по высоте камеры газификации, а индуктор выполнен с переменным шагом навивки по высоте камеры газификации. Навивка индуктора может быть правой, левой или комбинированной. Индуктор выполнен в виде трубы из электропроводного материала с малым удельным электрическим сопротивлением с внешней изоляцией, внутри которой циркулирует вода для ее охлаждения. Для повышения теплового КПД газогенератора камера газификации вместе с индуктором помещена в термоизоляционный футляр из диэлектрического материала 5. Для удобства обслуживания камера газификации установлена на три опоры 8, снабженных датчиком массы 16. Отбор генераторного газа осуществляется в нижней части камеры газификации после конической зольниковой решетки 14 с отверстиями 13 и отбойника 15, через газоотводный патрубок с обратным клапаном 12. При необходимости, через патрубок 9 и обратный клапан 10 в верхнюю часть камеры газификации вводится водяной пар. На фиг.1 показана схема общего вида газогенератора, на фиг.2 - разрез (фиг.1).
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. Для получения тепловой энергии в газогенераторе, необходимой для протекания окислительно-восстановительных реакций, используется индуктор, работающий на переменном токе промышленной частоты. Так как древесный уголь находится на конической зольниковой решетке внизу камеры газификации, он первым подвергается нагреву и вовлекается в окислительно-восстановительные реакции. Древесина, находящаяся выше, подвергается в это время подсушке. Водяные пары, двигаясь по пути наименьшего сопротивления, проходят через слой раскаленного древесного угля и разлагаются на водород и кислород, при этом вступая во взаимодействие со свободным углеродом. Отбор генераторного газа потребителю осуществляется в нижней части камеры газификации после конической зольниковой решетки и отбойника. После подсушки в древесине начинаются процессы сухой перегонки, выделяющиеся при этом мгокомпонентные горючие газы также проходят через слой раскаленного угля, где происходит их разложение на элементарные горючие компоненты. В конечном итоге по окончании процесса сухой перегонки древесины остается древесный уголь, который пополняет реакционную зону в нижней части камеры газификации. Если газифицируемое топливо содержит недостаточное количество влаги, то при этом будет наблюдаться прирост объема древесного угля в реакционной зоне. Для нормализации размера реакционной зоны необходимо добавить в верхнюю часть камеры газификации определенный объем водяного пара извне. По выработке топлива в камере газификации камера загружается снова и цикл повторяется.
При производстве генераторного газа отказались от газового (воздушного) дутья, поэтому генераторный газ практически не содержит «мертвого балласта» - азота, а термический крекинг и окислительно-восстановительные реакции протекают за счет пиролиза воды, содержащейся в газифицируемом топливе, при подводе тепловой энергии извне, как следствие, все загруженное твердое топливо в камеру газификации преобразуется в горючий генераторный газ. Размер газифицируемого топлива, как и его влажность, принципиального значения не имеет (от опилок до поленьев, лишь бы помещалось в камеру газификации). Количественный и качественный состав генераторного газа может регулироваться интенсивностью нагрева камеры газификации и количеством водяного пара, вводимого в камеру газификации извне.
Источники информации
1. Патент RU 2097406.
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. RU 2097405.