ГАЗОГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к области газификации, в частности, к газогенераторам обращенного типа.
Она может быть использована для газификации органосодержащих отходов с получением генераторного газа, преимущественно для питания двигателя внутреннего сгорания при термической переработке древесных отходов и других органических веществ.
Известен газогенератор (http://wiki.zr.ru/index.php/Газогенератор) обращенного типа, содержащий бункер, камеру горения, колосниковую решетку, газоотводящий патрубок, воздухоподводящую фурму, загрузочный и зольный люки.
Недостатками устройства являются: наличие единственной воздухоподводящей фурмы, не способной реализовать эффективный процесс горения топлива, т.к. происходит локализация подачи воздуха к топливу; зашлаковывание нижней части приводит к ухудшению отвода газа, образующегося при горении топлива; оно рассчитано только на работу на крупном (20-40 мм) древесном угле; влага, конденсируясь в верхней бункерной части стекает ручьями вниз в зону горения и ниже, замедляя процесс горения, и, сосредотачиваясь постепенно между бункером и корпусом, заполняет корпус.
Известно устройство газогенератора обращенного типа (http://dima23390.narod.ru/pdd/o2g17p01.htm), содержащее бункер, воздуховод, корпус газогенератора, воздушный пояс, фурму, камеру горения и золоудаления.
Недостатками газогенератора являются: появление над зоной горения (над фурмой) спекшегося конгломерата несгоревшего топлива из-за неравномерного распределения воздушного потока в зоне горения; устройство может работать, в основном, с использованием топлива, имеющего минимальное количество влаги, иначе процесс газообразования будет усложнен; в газоотводную трубу поступает вместе с газом большое количество золы, что усложняет процесс грубой и тонкой очистки газа от различного рода примесей и, конечно, золы.
В качестве прототипа заявляемому устройству выбрано устройство-газогенератор обращенного типа - как наиболее близкое по технической сущности и положительному эффекту (а.с. №1357424, МПК C10S 3/20, от 20.01.86 г.), содержащее корпус, шлюзовые питатели, камеру газификации с двумя симметрично размещенными фурмами для подачи воздуха, трубу для отвода продуктов горения из камеры газификации в верхней части бункера, систему трубопроводов с вентилями, эжектор, связанный с фурмами; над верхней частью камеры газификации подсоединена труба по центру для отвода паров влаги в атмосферу; имеется колосниковая решетка в виде вращающихся валков с ребрами; фурмы соединены с камерой для подачи воздуха воздухонагревателем; газоотводящие трубы соединяют через газозаборные каналы, внутри корпуса, зольник с газоотводным патрубком к верхней части бункера.
Недостатки устройства: недостаточно фурм для обеспечения равномерного охвата по всему объему подачи воздуха; интенсивность горения снижена; наличие трубки для отвода влаги по центру и в атмосферу приводит к потере газа, вырабатываемого при горении, например, древесных отходов, т.к. газ как более легкий, чем вода, поднимается вверх быстрее, чем влага из топлива; из зоны горения (газификации) газ через зольник (снизу) по газозаборным каналам направляется вдоль корпуса с внутренней стороны его к газоотводному патрубку, пройдя длинный путь вверх совместно с золой, смолой и другими примесями, что приводит к засорению каналов и их закупорке; устройство усложнено камерой для подогрева воздуха, направляемого в фурмы; закрытая система каналов для отвода газа приводит к тому, что стенки их подвергаются постоянно разрушающему действию кислот, выделяющихся из топлива.
Задача устройства - повышение эффективности горения, возможность использования в качестве топлива высоковлажных древесных отходов.
Технический результат достигается тем, что, как и в известном, содержащем корпус, бункер с зазором к корпусу, крышку, камеру горения с фурмами и воздухоподводящим трубопроводом в них и в камеру горения, трубопровод вверху для отвода продуктов горения из корпуса, полую трубу по центру, колосниковую решетку в виде вращающихся валков с ребрами, зольник, согласно изобретению устройство имеет бункер, верхнюю и нижнюю части, верхняя часть выполнена расширенной, по отношению к нижней части и камере горения, в виде усеченного конуса, с малым основанием вверху и большим - внизу, в большем основании выполнены сквозные отверстия для выхода конденсата, на малом основании герметично закреплена откидная крышка конической формы, основание которого соответствует малому основанию усеченного конуса, т.е. верхней части бункера, образуя, в целом, в сечении конус с оптимальным углом в вершине для отвода конденсата к сквозным отверстиям в большом основании бункера и в атмосферу, нижняя часть бункера выполнена гофрированной с выступающими частями внутрь бункера треугольной формы с наклоном вершины вниз и сквозными отверстиями на нижней стороне треугольника, между корпусом устройства и гофрированной частью бункера выполнен воздушный зазор, вокруг корпуса размещена ребристая охлаждающая рубашка из материала, обладающего повышенной теплопроводностью, в камере горения равномерно окружности размещены фурмы, образуя фурменный пояс, по центру в зоне сухой перегонки, над камерой горения закреплен перфорированный внизу полый элемент - труба, вокруг которой размещена оболочка цилиндрической формы из целого листового жаропрочного пружинящего металла или в виде полос, с возможностью возвратно-поступательного перемещения нижней части оболочки вдоль оси полой трубы, относительно жестко закрепленной верхней части, с преобразованием цилиндрической формы, например, в шарообразную или эллипсоидную.
Совпадающие признаки заявляемого с прототипом: бункер с крышкой, соединенный с камерой горения (газификации), фурмы и воздуховод в них для подачи воздуха в камеру горения, трубопровод вверху для отвода продуктов горения, корпус устройства с зазором к бункеру, полая труба по центру, колосниковая решетка в виде вращающихся валков с ребрами, зольник.
Отличающиеся признаки заявляемого от прототипа:
фурмы равномерно, не менее четырех, размещены вокруг камеры горения, образуя фурменный пояс, бункер выполнен с верхней расширенной части, в виде усеченного конуса, с откидной конической крышкой на нем и отверстиями для отвода конденсата на нижнем основании усеченного конуса бункера; под верхней частью имеется нижняя часть бункера, выполненная в виде гофр с выступами треугольной формы с внутренней поверхности, направленными вниз, нижняя сторона которых имеет сквозное отверстие; вокруг корпуса размещена ребристая охлаждающая рубашка из материала с повышенной теплопроводностью с воздушным зазором к корпусу; в центральной части над фурменным поясом простираясь вертикально от уровня теоретически предполагаемого образования свода, спекающегося топлива и выше в зоне сухой перегонки, размещен элемент - полая перфорированная внизу трубка, вокруг которой размещена цилиндрической формы оболочка, выполненная из целого листа или пружинящих стальных полос. Оболочка установлена с возможностью возвратно-поступательного перемещения нижнего торца ее вдоль оси перфорированной трубки, относительно жестко зафиксированного верхнего торца; охлаждающая ребристая рубашка вокруг корпуса устройства, позволяющая, за счет ребер и выполнения ее из материала с повышенной теплопроводностью, повысить теплоотвод от корпуса и минимизировать реакцию образования кислот.
Сопоставительный анализ с прототипом заявляемого устройства показал, что заявляемое устройство соответствует условию охраноспособности «новизна», т.к. при проведении патентных исследований и литературных источников из уровня техники не выявлены решения, идентичные заявляемому. Бункер выполнен с большей площадью, чем камера горения, т.к. кроме обеспечения большей вместимости устройства возможно применение сильно увлажненного топлива, которое будучи прогрето до 200-150°C в верхней части освобождается от воды за счет перевода ее в состояние перегретого пара и за счет наличия откидной конусообразной крышки и усеченного конуса верхней части бункера под откидной крышкой, большим основанием вниз, на внутренней поверхности которой конденсируется пар и стекает гарантированно эффективней, чем в прототипе, от вершины конуса откидной крышки к основанию расширенной части бункера в сквозные отверстия.
При этом, данный эффект высушивания дополнен наличием другой части бункера под верхней расширенной частью, где температура в топливе 500-600°C, выполненной в виде гофр с треугольной формой выступов на внутренней поверхности, вершины которых направлены вниз для обеспечения защиты от повреждения при загрузке бункера твердым топливом, например, древесными отходами. Нижняя сторона треугольников имеет сквозное отверстие, что обеспечивает их защиту от засорения и позволяет периодически отводить влагу и газ из зоны сухой перегонки, своевременно сбрасывая избыточное давление в бункере. Газ и влага, при этом, поступают в зазор между корпусом устройства и внешней поверхностью гофрированной части бункера и дальше в верхний трубопровод для отвода продуктов горения, поднимающихся снизу от зоны горения по тому же зазору без потерь (в отличие от прототипа). Это, в свою очередь, приводит к повышению производительности устройства и ускорению высушивания сильно увлажненного топлива. Размещение по центру полой перфорированной трубы позволяет за счет перфорации в нижней части при поднятии оболочки и их открытии только в известную зону, где должен образоваться свод спекшегося топлива (как в прототипе), подавать кратковременно воздух, не приводя к повышению давления в бункере (наличие сквозных отверстий тоже способствует этому). При этом активизируется процесс горения в камере горения и, распространяя эффект в зону «спекания», не допускается процесс обугливания в спекание, ускоряется через сквозные отверстия гофрированного бункера выход газовоздушной смеси.
Оболочка вокруг перфорированной внизу трубы, изменяя форму с цилиндрической на шар или, например, эллипс, производит механический удар по обугленному топливу, смещение и сброс его частей вниз и не допускает образования спекшейся массы топлива, которая тормозит работу устройства, заклинивая не обуглившуюся часть вверху.
А совместными усилиями перфорированный воздуховод с оболочкой на нем страгивают обугленную массу топлива, сбрасывая ее вниз, и открывая при этом, свежие поверхности горения (поверхности излома) и увеличивая теплотворную способность топлива. Охлаждающая рубашка, выполненная ребристой, способствует более ускоренному охлаждению корпуса, замедляя негативные процессы газоотвода.
На фиг.1 - схематично показано устройство, разрез;
на фиг.2 - показан перфорированный элемент (труба) по центру гофрированного бункера с оболочкой вокруг него из сплошного листа пружинящей стали в момент открытия отверстий и изменения цилиндрической формы оболочки на эллипсоидную форму, разрез;
на фиг.3 - показан перфорированный элемент (труба) по центру гофрированного бункера с оболочкой вокруг него из полос листа пружинящей стали в момент изменения формы, разрез.
Устройство содержит: верхнюю часть загрузочного бункера (1), более широкую, чем нижняя часть в форме усеченного конуса с малым (2) основанием вверху и большим основанием (3) внизу, имеющим сквозные отверстия (4) для выхода конденсата, стекающего с внутренних поверхностей над ними, на верхней части бункера (1) закреплена герметично откидная крышка (5) конической формы, основание (6) которого соответствует верхнему основанию (2) бункера (1); нижнюю часть (7) бункера, выполненную гофрированной, выступающие части с внутренней стороны бункера имеют форму треугольников (8) с наклоном вниз, в нижней поверхности которых выполнены сквозные отверстия (9) для выхода избыточного давления в бункере и газоводной смеси в зазор (10) между корпусом устройства (11) и гофрированной частью (7) бункера; вокруг корпуса устройства размещена ребристая охлаждающая рубашка (12) с воздушным зазором (13) к корпусу устройства (11); газоотводящий трубопровод (14) размещен в верхней части корпуса (11); в камере горения (15) равномерно по окружности размещены фурмы (16) (от 4 и более) (фиг.1), образуя фурменный пояс (17); в фурмах размещены воздуховоды (18) горизонтально или с наклоном вниз; под камерой горения размещена колосниковая решетка (19) и зольник (20); в зоне сухой перегонки - над камерой горения, в центре гофрированной части бункера размещен перфорированный (21) внизу элемент (22) в виде полой трубки из жаропрочного материала, отверстия находятся на уровне перехода (23) от гофрированной части бункера к камере горения; вокруг перфорированной трубки (22) размещена оболочка (24) цилиндрической формы (фиг.1), состоящая из прочной, пружинящей стали фиг.2 или в виде вертикально размещенных полос (25), жестко закрепленных в верхней части и возможностью возвратно - поступательного перемещения нижней части вдоль оси по вертикали с преобразованием цилиндрической части оболочки (фиг.1) в эллипсоидную (фиг.2, 3) или, например, шарообразную (не показано).
Устройство работает следующим образом.
После компоновки устройства (фиг.1) через откидную крышку (5) подают топливо (не показано) в верхнюю (1), нижнюю (7) части бункера и в камеру горения (15) в виде твердых отходов (например, древесных отходов - щепа, стружка, куски древесины) любой влажности. К фурмам (16) по воздуховодам (18) одновременно по всему фурменному поясу (фиг.2) подают воздух из коллектора (не показан) в камеру горения (15) и поджигают топливо. В камере горения топливо горит за счет присутствия кислорода воздуха, а над ней в гофрированной части бункера (7) топливо обугливается, т.к. температура в нем в пределах 300-500°C.
Зная скорость, с которой топливо сгорает в камере горения, рассчитывают с какой периодичностью подавать в полую перфорированную снизу трубу (фиг.2, 3), отверстия которой находятся на уровне участка перехода (23) гофрированной части бункера с камерой горения, воздух для того, чтобы интенсифицировать процесс горения в этой зоне, а оболочке (24) (фиг.2), (25) (фиг.3) произвести страгивание частиц.
При этом обуглившаяся, окисленная поверхность оголяется, ускоряется горение и поступая в камеру горения позволяет выше размещенным частицам топлива спуститься на место стронутых частиц и не допустить сводообразование из спекшихся, как в прототипе, частиц топлива.
За счет этого смола сжигается, а кислоты не успевают в полной мере образоваться.
При этом в верхней части бункера (1) происходит интенсификация образования на внутренней поверхности всего конуса (1, 5) конденсата за счет оптимального угла при вершине конуса, позволяющего конденсату сосредотачиваться только на поверхности и тут же по ней скатываться вниз в отверстия (4) в усеченной части конуса (бункере), в отличие от ранее известных и прототипа, где крышка полога и немалая часть конденсата сбрасывается в центральную часть бункера.
Газ из нижней части камеры горения (15) через зазор (10) поступает в газоотводящий трубопровод (14) и в систему очистки (не показано). Зола через колосниковую решетку (19) проваливается в зольник (20).
Заявляемое устройство газогенератора обращенного типа по сравнению с прототипом имеет преимущества.
1. Наличие верхней части бункера, расширенной с конусной откидной крышкой остроконечной вершиной вверх, усиливает эффект конденсации паров воды на их внутренних поверхностях за счет большего зазора между загруженным топливом в бункере и откидной крышкой, позволяет капельной фазе быстро, уже в виде крупных утяжеленных образований оперативней и надежней скатываться, например, во влагоприемник.
Газы при этом не выходят в этой части бункера в атмосферу (как в прототипе).
2. Наличие развитой поверхности части бункера, размещенной под расширенной частью, выполненной в виде гофр, выпуклая часть которых находится на внутренней стороне гофрированного корпуса треугольной формы с вершиной, обращенной вниз, и сквозными отверстиями на нижней стороне треугольника, наличие охлаждающей рубашки с внешней стороны корпуса устройства и с воздушного зазора между корпусом и бункером, позволяет интенсифицировать выход влаги из зон сушки и сухой перегонки, т.е. над камерой горения, сохраняя при этом весь газ.
3. Наличие осевого центрального элемента в виде перфорированной внизу трубки, периодически подающей (а не отводящей, как в прототипе) воздух в переходную часть между камерой горения и гофрированной частью бункера, позволяет получить кратковременно приток кислорода и ускорить процесс горения топлива, гарантирует отсутствие сводообразования топлива (как в прототипе), а оболочка, размещенная в виде сплошного листа или полос из пружинной стали с возможностью изменить форму с цилиндрической (экономящую пространство для топлива) на сферическую или эллипсоидную позволяет усилить движение влаги в сквозные отверстия гофрированного корпуса бункера, а также смещает куски горящего топлива, раскалывает их, открывая свежие изломы поверхностей горения и сбрасывая шлак и золу вниз.
Предлагаемое устройство, таким образом, имеет «новизну» и «промышленно применимо», т.к. используются материалы, доступные в применении и сама конструкция значительно надежней в эксплуатации. Сведений, изложенных в материалах заявки достаточно для практического осуществления изобретения.
Источники информации, принятые во внимание:
1. http://wiki.zr/index.php/Газогенератор (аналог);
2. http://dima23390.narod.ru/pdd/o2g17p01.ht (аналог);
3. а.с. №1357424, МПК C10S 3/20, от 20.01.86 г.(прототип).