ГАЗОГЕНЕРАТОР
GAS GENERATOR

Изобретение относится к конструкции газогенераторов прямого процесса и может быть использовано для получения генераторного газа при сжигании твердого топлива.
Известен газогенераторный котел, имеющий: топочную камеру, выполненную в форме замкнутой цилиндрической емкости, водяную рубашку, охватывающую топочную камеру, впускной и выпускной патрубки для циркуляции воды, зольник, выхлопную трубу, дверцу для загрузки топлива в топочную камеру, экран, распределяющий поток вводимого воздуха над поверхностью топлива, при этом экран находится в подвижном состоянии и касается поверхности топлива, механизм смешивания горючих газов с воздухом, отличающийся тем, что топочная камера разделена секторами на камеру газификации и камеру дожигания газов, при этом в камере газификации располагаются дверца для загрузки топлива, зольник и экран, поворачивающийся вокруг оси топочной камеры, а в камере дожигания газов располагаются механизм смешивания горючих газов с воздухом и выхлопная труба, при этом камера дожигания газов выполнена колпакового типа и устроена таким образом, что механизм смешивания горючих газов с воздухом находится в вверху, а выхлопная труба для вывода выхлопных газов - внизу (патент на изобретение РФ №2424470, опубл. 20.07.2011).
Наиболее близким техническим решением, выбранным заявителем в качестве прототипа, является газогенератор прямого процесса, который содержит размещенную в корпусе кольцеобразную камеру газификации, топку и расположенную внутри нее колосниковую решетку, выполненную с возможностью вращательного движения, в верхней части корпуса выполнен патрубок для отвода генераторного газа и загрузочный отсек, расположенный вдоль вертикальной оси корпуса, под загрузочным отсеком расположена топка, а в нижней части корпуса размещен воздухозаборник, колосниковая решетка выполнена куполообразной формы с возможностью дополнительного поступательного движения, кольцеобразная камера газификации выполнена с наружной и внутренней стенками и расположена вокруг загрузочного отсека, причем в верхней части камеры газификации стенки замкнуты, а в нижней части камеры газификации ее внутренняя стенка соединена со стенкой загрузочного отсека, а наружная стенка соединена со стенкой воздухозаборника, камера выполнена с возможностью ее охлаждения, а патрубок для отвода генераторного газа присоединен к устройству для вытяжки генераторного газа (патент на изобретение РФ №2527552, опубл. 10.09.2014 г.)
Эксплуатация данного газогенератора показала, что при достаточной устойчивости работы устройства наблюдается небольшое, но не полное сгорание топлива, зафиксированы выбросы несгоревших частиц из зоны горения и, как следствие, оседание на стенках кольцеобразной камеры газификации и в дальнейшем на трубках теплообменника продуктов неполного сгорания топлива, что снижает ресурс работы всей системы в целом. Определенные сложности возникали при освобождении от продуктов горения колосниковой решетки. Поэтому надежная работа устройства возможна при замене некоторых частей устройства после длительной непрерывной работы в зимний период, для чего необходима разборка газогенератора.
Эти недостатки определяют техническую задачу изобретения, которой является увеличение времени непрерывной работы без разборки устройства для замены деталей или прочистки.
Технический результат - увеличение полноты сгорания топлива, дополнительный технический результат - более полное удаление золы с колосниковой решетки.
Технический результат достигается тем, что газогенератор содержит кольцеобразную камеру газификации, вертикально расположенный загрузочный отсек, под которым расположена топка с размещенной внутри колосниковой решеткой, которая имеет возможность движения, кольцеобразная камера газификации выполнена с замкнутыми стенками с возможностью их охлаждения, расположена вокруг загрузочного отсека с зазором, соединена в нижней части со стенкой загрузочного отсека и имеет патрубок для отвода генераторного газа, боковая поверхность кольцеобразной камеры газификации имеет наклонный участок, при этом дополнительно выполнена камера дожигания, внутренняя поверхность которой является частью наружной поверхности кольцеобразной камеры газификации, дополнительно выполнены отверстия на поверхности кольцеобразной камеры газификации и камеры дожигания, в кольцеобразной камере газификации выполнен дополнительный выход для отвода генераторного газа в камеру дожигания, которая снабжена патрубком отвода генераторного газа, а рабочий объем газогенератора охвачен герметичной рубашкой для водяного охлаждения рабочей зоны, при этом в верхней части рубашки между ее наружной и внутренней поверхностями установлены вертикальные трубки, оси которых совпадают с осями отверстий, выполненных на поверхности кольцеобразной камеры газификации и камеры дожигания, на наклонном участке боковой поверхности кольцеобразной камеры газификации и на нижней поверхности рубашки выполнены отверстия, колосниковая решетка выполнена шарообразной.
Движение колосниковой решетки осуществляется путем вращения относительно горизонтальной оси и путем поступательного перемещения вверх-вниз вдоль вертикальной оси.
Шарообразная колосниковая решетка дополнительно снабжена щеткой.
Сравнение заявляемого технического решения с прототипом показывает, что оно отличается следующими признаками:
- в устройстве дополнительно выполнена камера дожигания;
- внутренняя поверхность камеры дожигания является частью наружной поверхности кольцеобразной камеры газификации;
- дополнительно выполнены отверстия на поверхности кольцеобразной камеры газификации и камеры дожигания;
- в кольцеобразной камере газификации выполнен дополнительный выход для отвода генераторного газа в камеру дожигания;
- камера дожигания снабжена патрубком отвода генераторного газа;
- колосниковая решетка выполнена шарообразной;
- рабочий объем газогенератора охвачен герметичной рубашкой для водяного охлаждения рабочей зоны;
- в верхней части рубашки между наружной и внутренней поверхностями установлены вертикальные трубки;
- оси вертикальных трубок совпадают с осями отверстий, выполненных на поверхности кольцеобразной камеры газификации.
Поэтому можно предположить, что заявляемое техническое решение соответствует критерию «новизна».
Заявляемая совокупность существенных признаков обеспечивает достижение основного заявленного технического результата, выражающегося в увеличении полноты сгорания топлива путем создания высокой температуры дожигания, что, в свою очередь, позволяет уменьшить количество нагара на рабочих элементах устройства, а следовательно, увеличить ресурс работы без разборки устройства для чистки или замены его деталей. Для создания в камере дожигания высокой температуры она примыкает к кольцеобразной камере газификации на достаточно большом ее участке (примерно 2/3 длины окружности), причем этот участок внешней поверхности кольцеобразной камеры газификации является частью камеры дожигания. Для повышения температуры в кольцеобразной камере газификации и соответственно в камере дожигания в рубашке между внешней и внутренней поверхностями выполнены трубки, оси которых совпадают с отверстиями, выполненными в кольцеобразной камере газификации и камеры дожигания и выполняющими функцию дополнительного воздухоподвода для осуществления процесса сгорания. Это позволяет достичь температуры в камере дожигания примерно до 940°C, при которой происходит дожигание пиролизных газов и несгоревших частиц топлива. Шарообразная колосниковая решетка в совокупности с дополнительной камерой дожигания позволяет обеспечить более полное сгорание частиц топлива. Возможность движения шарообразной колосниковой решетки вокруг и вдоль оси позволяет более качественно очистить от золы межреберное пространство, что не достигается в колосниковой решетке прототипа из-за того, что ребра решетки расположены горизонтально и перекрывают вертикальное пространство решетки. Дополнительно качество очистки шарообразной колосниковой решетки повышается за счет наличия щетки, которая осуществляет механическое удаление с поверхности колосниковой решетки несгоревших частиц топлива. Таким образом, заявляемая совокупность признаков соответствует критерию «изобретательский уровень» и не выявлена при проведении патентно-информационных исследований.
На Фиг. 1, 2, 3 схематично изображен газогенератор.
Заявляемое устройство содержит загрузочный отсек 1, под которым в топке 23 расположены колосниковая решетка 3 и воздухозаборник 4. Кольцеобразная камера газификации 2 выполнена в виде воронки с наружной стенкой 5 и внутренней стенкой 6, причем камера газификации 2 расположена вокруг загрузочного отсека 1 с зазором 8, стенки 5 и 6 в верхней части камеры газификации 2 замкнуты. В нижней части наружная стенка 5 соединена по диаметру со стенкой воздухозаборника 4, внутренняя стенка 6 соединена по диаметру со стенкой загрузочного отсека 1. Колосниковая решетка 3 выполнена шарообразной с возможностью вращательного движения при помощи поворотного стержня 9, который приводится во вращение при помощи электродвигателя 10, и снабжена щеткой 7. В кольцеобразной камере газификации 2 выполнены два выхода 11 и 12 (Фиг. 4) для отвода генераторного газа, которые заведены в камеру дожигания 13. Часть наружной стенки кольцеобразной камеры газификации является частью наружной поверхности камеры дожигания 13. В камере дожигания 13 имеется патрубок 14 (Фиг. 2) для вывода генераторного газа. Для удаления золы в конструкции газогенератора предусмотрен золоприемник 15. Рабочая зона газогенератора расположена в герметичной рубашке 16, которая имеет патрубок для подачи воды 17 и патрубок отвода воды 18. Между наружной 19 и внутренней 22 стенками рубашки, в ее верхней части, установлены вертикальные трубки 20, оси которых совпадают с осями отверстий 21 и 24 (Фиг. 3), выполненных на поверхности кольцеобразной камеры газификации 2 и камеры дожигания 13. Для достижения высокой температуры на наклонном участке боковой поверхности камеры газификации выполнены отверстия 26 для подачи дополнительного воздуха, который в свою очередь поступает через отверстия 27, выполненные на нижней поверхности рубашки.
Устройство работает следующим образом. В загрузочный отсек 1 газогенератора из бункера (на рисунке не показан) загружается топливо, например пеллеты, которые попадают на колосниковую решетку 3, расположенную в топке 23. Подача пеллет регулируется заслонкой 25. Включается вытяжной вентилятор (на рисунке не показан), который обеспечивает дополнительную тягу газогенератора. Затем при помощи, например, горелки через воздухозаборник 4 пеллеты поджигаются, и на колосниковой решетке 3 начинается процесс горения топлива. Образованные в камере газификации 2 пиролизные газы поступают через выходы 11 и 12 в камеру дожигания 13. Для создания в кольцевой камере газификации 2 и камере дожигания 13 высокой температуры по вертикальным трубкам 20 подается дополнительный воздух. Также дополнительный воздух подается в камеру газификации через отверстия 26, выполненные на наклонном участке боковой поверхности, и отверстия 27, выполненные на нижней поверхности рубашки 16. Для предотвращения разрушения камеры газификации и камеры дожигания от разрушения вследствие достижения высокой температуры рабочая зона генератора расположена в герметичной рубашке 16, в которую подается по патрубку 17 вода, патрубок 18 служит для отвода горячей воды. Генераторный газ отводится к потребителю через патрубок 14 отвода генераторного газа. Колосниковая решетка 3 может совершать дискретные вращательные движения при помощи поворотного стержня 9 и двигателя 10. Вследствие этого происходит стряхивание золы с решетки, которая скапливается в золоприемнике 15, при этом дополнительная очистка решетки происходи при помощи щетки 7. При вращении колосниковой решетки происходит разрыхление пеллет перед колосниковой решеткой 3 для обеспечения их непрерывного поступления в топку 23. Следует отметить, что колосниковая решетка со щеткой 7 имеет возможность вертикального перемещения (на Фиг. 1 показано стрелками, например, при помощи рычага). Это позволяет увеличивать или уменьшать объем пеллет на колосниковой решетке. Небольшое количество золы образуется при запуске газогенератора и при его останове, поэтому регулярного обслуживания золоприемник 15 не требует. Процессы управления газогенератором могут быть автоматизированы при помощи штатных средств автоматизации.
Таким образом, заявляемая конструкция позволяет увеличить время непрерывной работы газогенератора без его разборки.