УСТАНОВКА ДЛЯ ГАЗИФИКАЦИИ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

Полезная модель относится к области энергетики и может быть использована для переработки топлива и горючих отходов в горючий газ, который может быть использован, как топливо для получения тепла, электроэнергии в промышленности в сельском и коммунальном хозяйстве, а также в качестве сырья в химической промышленности для получения жидких моторных топлив, масел и других продуктов.
Известен твердотопливный преобразователь для разложения твердого топлива на генераторный газ и золу, состоящий из полого корпуса цилиндрической формы. Полость корпуса связана с приемным бункером, а в полости размещен шнек с переменным шагом. Корпус разделен на зону предварительного сжатия топлива, зону окисления топлива с предварительным нагревом, зону основного окисления топлива и зону разряжения. В корпусе в области зон окисления установлены патрубки ввода окислителя (кислорода, озона). На корпусе за зоной разряжения установлены патрубок вывода генераторного газа и патрубок для вывода зольного остатка в бункер. Вал шнека выполнен полым для прокачки через полость охлаждающей среды и смонтирован на подшипниках, установленных в корпусе.
В процессе работы преобразователя твердое топливо непрерывно подают из бункера в полость корпуса, перемещая его шнеком с переменным шагом вдоль оси и первоначально направляют в зону предварительного сжатия с одновременным уплотнением и герметизацией этой зоны. Затем топливо перемещают в зону окисления и предварительного нагрева до температуры 350-750°C, с давлением до 1 МПа и вводом окислителя через патрубок, далее в зону основного дозированного окисления с температурой 500-1000°C, давлением 0,5-5 МПа и вводом окислителя через патрубок, а затем - в зону разряжения с температурой 700-1500°C, давлением до 0,9 МПа и вводом окислителя через патрубок. Далее через один из патрубков выводят зольный остаток, а через другой - генераторный газ. Преобразователь обеспечивает получение тепловой энергии, горючих газов, синтез газа с различными свойствами и характеристиками для дальнейшего преобразования в жидкое синтетическое топливо.
(см. патент РФ №2459144, кл. F23B 30/06, 2006 г.)
В результате анализа данного преобразователя необходимо отметить, что он малопроизводителен, так как сжатие твердого топлива шнеком, снижает скорость деструкции топлива на газ и золу. Учитывая, что во всех образованных зонах предварительно сжатое топливо перемещается с одинаковой скоростью, то не могут быть обеспечены оптимальные условия для переработки топлива на всех стадиях, а, следовательно, часть негазифицированного топлива выводится вместе с золой. Подача окислителя в зоне преобразователя, где создается давление до 5 МПа, требует использования компрессора. Использование для газификации топлива в качестве окислителя кислорода и озона значительно усложняет конструкцию установки.
Известна установка для газификации твердого топлива, содержащая многосекционный газогенератор, выполненный в виде состыкованных друг с другом и образующих единый корпус верхней, средней и нижней секций. На верхней секции имеется вход для загрузки топлива, на средней установлены патрубки для отвода генераторного газа, к которым пристыкованы отводящие газоходы, а к нижней пристыкован бункер для сбора и отвода золы.
Установка оснащена устройством подачи окислителя в полость газогенератора, выполненным в виде воздуходувки с частотно-регулируемым приводом. Выход воздуходувки трубопроводом связан с теплообменником, выход которого подсоединен к коллектору, выходы коллектора через трубопроводы с регулируемыми задвижками связаны с фурмами и завихрителями, обеспечивающими подачу окислителя в полость газогенератора.
Отходящий от патрубка выдачи генераторного газа газоход пропущен через теплообменник.
Установка оснащена устройством загрузки топлива в газогенератор, которое выполнено в виде шнека с частотно-регулируемым приводом.
Установка оснащена устройством отвода золы из газогенератора, которое выполнено в виде шнека с частотно-регулируемым приводом.
На средней секции газогенератора имеется лючок, предназначенный для размещения жидкостно-топливной горелки.
Установка оснащена системой автоматического управления процессом газификации топлива, включающей блок управления, связанный с частотно регулируемыми приводами и с датчиками (уровнемеры, термопары, манометры и расходомеры - не показаны).
Работа известной установки может быть осуществлена в автоматическом или ручном режиме.
Для работы установки загружают топливо в газогенератор до уровня лючка, после чего подача топлива приостанавливается. Через лючок топливо поджигается горелкой и, как только топливо разгорится, горелку убирают, лючок плотно закрывают, после этого возобновляют подачу топлива в газогенератор. Увеличивают подачу окислителя (воздуха) и топлива и при достижении заданной температуры в газогенераторе, которая по установленной программе определяется системой управления, открывают задвижки и окислитель направляется в фурмы и в завихрители верхней части газогенератора. Установка запущена в работу.
В процессе работы установки газогенератор постепенно прогревается, растет температура выходящего генераторного газа, который направляется потребителям, проходя по газоходу через теплообменник, нагревает окислитель, подаваемый в коллектор и далее в верхнюю и нижнюю секции газогенератора. По мере нагревания окислителя скорость газификации растет и система автоматического управления увеличивает подачу топлива и окислителя по заранее заданной программе. Это увеличение подачи топлива и окислителя производится до заданных программой величин и далее работа установки осуществляется в стабильном, автоматическом режиме. Зольный остаток накапливается в нижней секции газогенератора, где установлены уровнемеры на двух уровнях по высоте. При достижении зольным остатком верхнего уровня система управления автоматически включает устройство отвода золы, поступающей из выхода, уровень золы понижается и, дойдя до нижнего уровня, система автоматического управления автоматически останавливает устройство удаления золы и идет снова накопление золы.
В верхней секции газогенератора осуществляется процесс вихревой газификации наиболее легких частиц топлива, в нижней части газогенератора осуществляется процесс газификации наиболее тяжелых частиц топлива в кипящем слое, а в средней части создаются такие условия процесса газификации во встречных потоках, которые обеспечивают превалирование восстановительных химических реакций и, как следствие, увеличение в генераторном газе горючих компонентов и, соответственно, теплоты его сгорания.
(см. патент РФ №125305 кл. F23G 5/027, 2008 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа известной установки необходимо отметить, что в процессе ее работы топливо в реакционной зоне находится недостаточное время для полной деструкции топлива, особенно частиц топлива с размерами более 2 мм. Это приводит к низкому качеству газа и значительному недожогу фракций топлива крупнее 2 мм. Увеличение времени нахождения топлива в газогенераторе снижает производительность установки. Подготовка топлива для данного устройства, требует высокой степени его измельчения, что в свою очередь увеличивает затраты на газификацию.
Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение производительности установки, качества получаемого генераторного газа, а также снижение отходов за счет оптимизации времени пребывания топлива в реакционной зоне газогенератора.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в установке для газификации твердого топлива, включающей газогенератор, вход которого связан с топливным бункером, а выход с зольным бункером, газоход, предназначенный для отвода из газогенератора генераторного газа, теплообменник и коллектор для подачи воздуха в газогенератор, входом связанный с выходом теплообменника, вход которого связан с воздуходувкой, при этом, газоход пропущен через теплообменник, новым является то, что газогенератор состоит из двух секций, связанных перепускным каналом, каждая секция газогенератора выполнена в виде корпуса, в котором с возможностью вращения от привода смонтированы валы, на валах установлены рабочие элементы для перемешивания и перемещения топлива, при этом коллектор связан с патрубками для ввода воздуха в полости секций, установленными на корпусе секций по их длине, а в валах секций выполнены каналы для прокачки через них охлаждающей среды.
Сущность заявленной полезной модели, поясняется графическими материалами, на которых:
- на фиг. 1 установка для газификации твердого топлива;
- на фиг. 2 разрез А-А по фиг. 1.
Установка для газификации твердого топлива включает двухсекционный газогенератор, содержащий первую секцию 1 (верхнюю в плоскости чертежа) и вторую секцию 2 (нижнюю в плоскости чертежа).
Секции 1 и 2 газогенератора, расположены предпочтительно горизонтально, каждая секция выполнена в виде корпуса, в котором смонтированы с возможностью вращения валы 3, оснащенные частотно регулируемыми приводами 4 их вращения. По торцам корпуса каждой секции установлены герметизирующие полость корпуса узлы 5. В валах 3 выполнены осевые каналы (позициями не обозначены) через которые пропускается охлаждающая среда, например, холодная вода (ВХ) для охлаждения валов в процессе работы установки. К входу верхней секции 1 газогенератора присоединен топливный бункер 6, а выходу нижней - зольный бункер 7, оснащенный шлюзовым затвором 8 для выгрузки золы. Топливный бункер 6 также оснащается шлюзовым затвором (не показан).
На выходе нижней секции 2 газогенератора имеется установленный на корпусе патрубок (позицией не обозначен), соединенный с газоходом 9, для выпуска генераторного газа (ГГ). Газоход пропущен через теплообменник 10, предназначенный для подогрева воздуха, прокачиваемого через теплообменник воздуходувкой 11, оснащенной частотно регулируемым приводом (не показан). Установка оснащена подсоединенным к выходу теплообменника 10 воздушным коллектором 12 с регулирующими задвижками 13. Полости корпусов секций 1 и 2 газогенератора посредством патрубков 14, оснащенных фурмами (не показаны), связаны с воздушным коллектором 12. Патрубки 14 установлены. Предпочтительно через равные промежутки, по длине секций газогенератора. Верхняя секция 1 газогенератора соединена с нижней секцией 2 через перепускной канал 15. Верхняя секция 1 газогенератора имеет выполненный в корпусе лючок 16, закрываемый крышкой для розжига загруженного топлива в эту секцию. На валах 3 закреплены, предпочтительно, с равным шагом, перемешивающие и транспортирующие топливо рабочие элементы 17, например, лопатки. Воздуходувка 11 связана с теплообменником 10 трубопроводом 18.
Работа установки может быть осуществлена в автоматическом или ручном режиме. Для работы установки а автоматическом режиме она оснащается системой управления (не показана).
Установка для газификации твердого топлива работает следующим образом.
При работе установки топливо из бункера 6, через шлюзовое устройство, которым оснащен данный бункер, поступает в верхнюю секцию 1 газогенератора, как минимум, до уровня лючка 16. К лючку 16 съемно присоединяется на период розжига топливная розжиговая горелка (не показана). Включается воздуходувка 11 на малых оборотах и воздух подается через проходное сечение коллектора, определяемое положением задвижек 13, коллектор 12, патрубки 14 с фурмами в полость корпуса секции 1 и смешивается с топливом. Разжигают горелку, которая поджигает топливо в районе лючка 16. После возгорания топлива розжиговую горелку отсоединяют от лючка 16, закрывают лючок и открывают задвижку 13, обеспечивая подачу воздуха во вторую секцию. Включают на малых оборотах приводы 4 валов 3 секций 1 и 2 газогенератора. Топливо рабочими элементами 17 перемешивается и продвигается в секции 1 от места загрузки к перепускному каналу 15. Рабочие элементы, как уже было отмечено выше, выполнены в виде лопаток. Для обеспечения перемещения топлива в корпусе, лопатки установлены под углом к оси вала. Такая их установка известна и не требует дополнительных пояснений. По мере продвижения и горения топлива в корпусах секций 1 и 2 увеличивается температура. По мере увеличения температуры увеличивают подачу топлива и воздуха и при достижении заданной температуры в секциях 1 и 2 газогенератора (выхода на рабочий режим), устанавливают заданные количества топлива и воздуха. Топливо после прохода по секции 1 газогенератора, от места загрузки до перепускного канала 15, постепенно сгорая, попадает в перепускной канал 15 и по нему поступает в секцию 2 газогенератора. В корпусе секции 2 газогенератора топливо перемешивается и продвигается рабочими элементами 17 до выхода несгоревших компонентов в зольный бункер 7. По мере продвижения топлива по секциям 1 и 2 оно, сгорая, разлагается на генераторный газ и золу. Зола из секции 2 газогенератора поступает в зольный бункер, где после накопления до заданного уровня выпускается через шлюзовой затвор 8 в контейнер или транспортное средство (не показаны). Генераторный газ из секции 2 газогенератора по газоходу 9 поступает к потребителю газа. Газ на выходе из секции 2 газогенератора имеет температуру 600-700°C. Проходя по газоходу 9 через теплообменник 10, генераторный газ нагревает воздух, поступающий от газодувки 11 в теплообменник 10. Нагретый в теплообменнике воздух подается в коллектор 12 и через патрубки 14 поступает в полости корпусов секций 1 и 2 газогенератора для газификации топлива. Нагретый воздух интенсифицирует процесс газификации и повышает КПД установки. Для охлаждения валов 3 по их каналам пропускается охлаждающий агент, обычно, вода. Вода, охлаждающая валы, нагревается и может быть использована для бытовых нужд.
Конструкция установки обеспечивает подачу в полость корпусов секций газогенератора подогретого до заданной температуры воздуха, что, в совокупности с постоянным перемешиванием топлива, интенсифицирует процесс газификации и способствует практически полной его газификации. Благодаря выполнению газогенератора из двух секций, соединенных перепускным каналом, а также механизма перемешивания и перемещения топлива, оснащенного регулируемыми приводами, появляется возможность обеспечить оптимальные условия для его газификации на начальной стадии (в первой секции) и на конечной (вторая секция) за счет регулирования скорости перемещения топлива по секциям, интенсивности его перемешивания и количества подаваемого воздуха, что обеспечивает оптимальные условия для газификации. Весьма важно и то, что подача воздуха в секции распределена по длине секций равномерно и может регулироваться, как изменением оборотов двигателя воздуходувки, так и задвижками.
Использование установки обеспечивает газификацию низкосортных углей, отходов углеобогащения, твердых бытовых отходов, торфа и пр.