Установка для газификации горючих материалов

Полезная модель относится к средствам переработки горючих материалов в очищенный горючий газ и может быть использована для переработки таких твердых материалов, как осадок от очистки сточных вод, твердые бытовые отходы, помет, навоз, угольный отсев и шлам, растительные и животные отходы, резина, горючий сланец, пластмасса, а также смеси указанных материалов.

Установка для газификации горючих материалов включает газогенератор, устройство загрузки в газогенератор топлива и форсунки для подачи в газогенератор окислителя, а также устройство удаления твердого остатка из газогенератора и патрубок отвода полученного в газогенераторе горючего газа. Установка оснащена аппаратом очистки и охлаждения горючего газа, вход которого связан с патрубком отвода горючего газа, в корпусе аппарата установлены завихрителя для придания потоку горючего газа движения по спирали и патрубок отвода из аппарата горючего газа, причем в корпусе аппарата смонтирован теплообменник, предназначенный для охлаждения горючего газа, вход которого имеет возможность соединения с устройством подачи окислителя, а выход - с коллектором, предназначенным для раздачи окислителя на форсунки.

3 з.п. ф-лы, 1 илл.

Полезная модель относится к средствам переработки горючих материалов в очищенный горючий газ и может быть использована для переработки таких твердых материалов, как осадок от очистки сточных вод, твердые бытовые отходы, помет, навоз, угольный отсев и шлам, растительные и животные отходы, резина, горючий сланец, пластмасса, а также смеси указанных материалов.

Известно устройство для газификации твердого топлива с получением смеси различных газов, включающее сосуд высокого давления, с входом которого связано устройство подачи топлива и трубопроводы для подачи газифицирующих реагентов, патрубок отвода полученных в сосуде газов, а также канал для удаления твердых фракций посредством установленной в сосуде вращающейся решетки. (см. патент РФ, 2084493, кл. C10J 13/14 1997 г.).

В результате анализа конструкции данного устройства необходимо отметить, что оно малопроизводительно и не обеспечивает получение очищенного газа.

Известна установка для газификации твердого топлива, содержащая газификационную камеру, оснащенную коллектором и фурмами для подачи в камеру газифицирующего агента, содержащего кислород. Фурмы расположены равномерно по окружности в нижней трети стенки камеры.

Установка содержит также зольник для сбора остатка газификации сырья, расположенный под колосниковой решеткой. В области зольника под колосниковой решеткой находится патрубок, предназначенный для выпуска целевого продукта - горючего газа.

Установка оснащена устройствами загрузки сырья в газификационную камеру, выполненным в виде подающего шнека и выгрузки остатка из зольника выполненным в виде выпускной трубы, установленной под острым углом к стенке камеры.

Для работы установки первоначально разжигают газификационную камеру, для чего помещают в нее растопочный материал, подают на него окислитель (например, воздух) и разжигают растопочный материал, после чего в камеру подают перерабатываемое сырье (уголь, кокс, торф, горючие отходы древесно-растительного и животного происхождения и т.д.). Сырье, попадая на горящий растопочный материал, загорается и начинается процесс газификации. Образующийся целевой продукт - горючий газ отводится из камеры через выпускной патрубок, а зольный остаток скапливается в зольнике, откуда периодически удаляется.

(см. патент РФ 2307864, кл. C10J 3/30, 2007 г.).

В результате анализа выполнения известной установки необходимо отметить, что она малопроизводительна, пуск ее затруднен, ее эксплуатация связана с большим количеством отходов и на ней невозможно получить газ высокой степени очистки.

Известна установка для конверсии твердого топлива, содержащая газогенератор - конвертер, в верхней части конвертера образована камера вихревого горения, оснащенная завихрителем. На конвертере смонтированы устройство подачи топливной смеси (смеси топлива с окислителем) в камеру и устройство розжига топливной смеси.

В нижней части конвертера имеется сообщенная с камерой вихревого горения камера конверсии, на которой установлено устройство подачи в конвертер окислителя (например, пара или воздуха).

На конвертере, в верхней его части установлены устройство отвода продуктов горения с регулируемым затворным элементом (заслонкой) и устройство отвода газовых продуктов конверсии с регулируемым затворным элементом (заслонкой).

В нижней части камеры конверсии имеется устройство отвода твердого остатка (золы).

Газогенератор оснащен кожухом, между которым и стенкой камеры размещен пароперегреватель, вход которого связан с магистралью подвода воды, а выход - с полостью камеры конверсии. Получаемый в пароперегревателе пар используется в качестве окислителя, подаваемого в камеру газификации. Нагрев воды осуществляется передачей тепла газовыми продуктами горения, проходящими между кожухом и стенкой камеры конверсии.

На газогенераторе, в области камеры конверсии по ее контуру установлены плазмотроны, для подачи плазмы в камеру конверсии.

В процессе работы установки в камеру вихревого горения подается топливная смесь, которая поджигается устройством розжига. После создания в камере горения устойчивого процесса вихревого горения и необходимой температуры, устройство розжига отключается и включается подача сырья и окислителя, например, пара в камеру конверсии. Раскаленные твердые частицы сырья из камеры вихревого горения под действием собственного веса поступают в камеру конверсии, где происходит газификация не догоревшего углерода, содержащегося в твердых частицах.

Получаемые горючие газы из-за противодавления продуктов горения поступают в газовый канал и далее на дальнейшее использование. Твердый остаток газификации (зола) поступает под действием собственного веса на устройство отвода твердого остатка.

(см. патент РФ на полезную модель 74918, кл. C10J 3/20, 2008 г.) - наиболее близкий аналог.

В результате анализа конструкции данной установки необходимо отметить, что она конструктивно весьма сложна, так как содержит две камеры (вихревого горения и конверсии), а также паровой контур, регулирование процессов переработки топлива в каждой камере должно осуществляться раздельно, что усложняет управление работой установки. Кроме того, данная установка малопроизводительна и на ней невозможно получить горючий газ высокой степени очистки,

Техническим результатом настоящей полезной модели является создание установки для газификации горючих материалов достаточно простой конструкции, имеющей высокую производительность и обеспечивающей получение горючего газа высокой степени очистки.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в установке для газификации горючих материалов, включающей газогенератор, устройство загрузки в газогенератор топлива и форсунки для подачи в газогенератор окислителя, а также устройство удаления твердого остатка из газогенератора и патрубок отвода полученного в газогенераторе горючего газа, новым является то, что установка оснащена аппаратом очистки и охлаждения горючего газа, вход которого связан с патрубком отвода горючего газа, в корпусе аппарата установлены завихрители для придания потоку горючего газа движения по спирали и патрубок отвода из аппарата горючего газа, причем в корпусе аппарата смонтирован теплообменник, предназначенный для охлаждения горючего газа, вход которого имеет возможность соединения с устройством подачи окислителя, а выход - с коллектором, предназначенным для раздачи окислителя на форсунки, при этом, форсунки подачи окислителя в газогенератор расположены на цилиндрической части газогенератора в несколько рядов, на конусной части газогенератора размещены устройства для разрыхления золы, а в нижней части аппарата очистки и охлаждения горючего газа установлен затвор для выдачи твердого остатка.

Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлен общий вид установки для газификации горючих материалов.

Установка для газификации горючих материалов содержит газогенератор, состоящий из сопряженных друг с другом цилиндрической верхней части 1 и нижней конусной части 2, Цилиндрическая часть 1 газогенератора сверху закрыта крышкой 3. На цилиндрической части газогенератора установлены форсунки 4 подачи окислителя в полость газогенератора. Наиболее целесообразно форсунки располагать равномерно по образующей цилиндрической поверхности газогенератора в несколько рядов. Форсунки могут быть оснащены завихрителями (не показаны) подаваемого в полость газогенератора окислителя. Входы форсунок 4 связаны с распределительным коллектором 5, установленным на наружной поверхности газогенератора.

На конусной части газогенератора, обращенной вершиной вниз, могут быть размещены устройства 6 для разрыхления золы, которая в конусной части 2 газогенератора в процессе работы установки образует зольную подушку 7.

На цилиндрической части газогенератора имеется патрубок 8 выпуска горючего газа. На выходе конусной части газогенератора имеется устройство 9, предназначенное для отвода золы из полости газогенератора, например, шлюзового типа.

Установка оснащена устройством загрузки в газогенератор топлива (сырья). Данное устройство может быть выполнено различным известным образом, например, в виде транспортирующего средства 10 (транспортера, питателя и пр.), подведенного к бункеру 11 и связанному с сырьевым входом газогенератора, в верхней его части.

Установка также включает аппарат 12 очистки и охлаждения выработанного в газогенераторе горючего (генераторного) газа. Аппарат 12 выполнен в виде полого корпуса, в котором установлен теплообменник 13, например, спирального типа, а также завихрители 14 и 15 для очистки горючего газа. В нижней части корпуса аппарата установлен затвор 16, например, шлюзового типа, для выпуска отделенных от горючего газа при прохождении его через завихрители твердых включений (золы). В полости корпуса аппарата 12, преимущественно, в его центральной части вертикально смонтирован патрубок 17 отвода подготовленного к использованию (очищенного и охлажденного) горючего газа. Патрубок 17 установлен в корпусе аппарата 12 таким образом, что его охватывает спиральная часть теплообменника 13, что весьма важно для интенсивного теплообмена между охлаждаемым горючим газом и хладагентом. Весьма важно, что в качестве хладагента в установке используется окислитель, подаваемый через форсунки 4 в полость газогенератора для обеспечения процесса газификации сырья.

Для подачи окислителя из емкости (не показана) используется устройство 18 (например, насос), выход которого каналом (позицией не обозначен) связан с входом 19 теплообменника. Выход 20 теплообменника каналом 21 соединен с входом коллектора 5.

Управление работой установки может осуществляться как в ручном, так и в автоматическом режиме. Для работы в автоматическом режиме установка оснащена системой управления, содержащей блок управления 22. Система управления также содержит датчики уровня топлива (сырья) в бункере 11, датчики уровня зольной подушки 7, датчики уровня золы в конусной части аппарата 12, датчики температуры в цилиндрической и конусной частях газогенератора, датчик температуры выходящего горючего газа в патрубке 8, расходомер объема окислителя подаваемого в аппарат 12. Установка оснащена регулируемыми двигателями приводов устройств загрузки топлива 10 в газогенератор, устройств 9 и 16 выдачи золы и подачи окислителя 18. Система управления по заданной программе, заложенной в блок управления, контролирует и поддерживает требуемые температуры в зонах газогенератора, уровни топлива в бункере, уровни золы в газогенераторе и аппарате 12, а также оптимальное соотношение топлива (сырья) и окислителя, подаваемых в газогенератор.

Блок управления может быть выполнен на основе серийного контроллера. Блок управления связан с датчиками и регулируемыми приводами агрегатов установки.

Выполнение агрегатов установки, не раскрытое в данной заявке, является известным и не составляет предмета патентной охраны

Установка работает следующим образом.

После розжига и разогрева газогенератора (устройство розжига не показано), в него из бункера 11 транспортирующим средством 10 подается топливо и одновременно через коллектор 5 по каналу 21 в форсунки 4 подается подогретый до заданной температуры в аппарате 12 окислитель, в результате чего в цилиндрической части газогенератора запускается процесс газификации топлива. Собственно процесс газификации подробно описан в литературе и нет необходимости приводить его в настоящей заявке. Получаемый в газогенераторе горючий газ отводится из цилиндрической части газогенератора через патрубок 8 и поступает в аппарат 12. Зола, образуемая в процессе газификации в газогенераторе, накапливается в его конусной части до установленного уровня, при его превышении часть золы выпускается из газогенератора через шлюзовое устройство 9 до достижения требуемого уровня золы. В случае, если частицы золы слежались (спеклись) то приводятся в действие устройства 6 разрыхления золы. Каждое такое устройство (количество их может быть различным и зависит, в основном, от размеров конусной части газогенератора) может быть выполнено различным известным образом, например, в виде вала, на одном конце которого (снаружи по отношению к газогенератору) закреплен механизм его вращения, например, маховик для ручного вращения или электродвигатель, вал которого кинематически связан с валом, а на другом конце вала - ворошитель, выполненный известным образом.

Поступающий в аппарат 12 горячий горючий газ, проходя через завихрители 14 и 15, приобретает движение по спирали, в результате чего из него удаляются твердые компоненты, которые осаждаются в нижней части аппарата 12 и периодически удаляются через затвор 16.

Пройдя через завихрителя 14 и 15, очищенный горючий газ поступает в патрубок 17, из которого направляется в приемную емкость или на раздачу потребителям.

При движении по патрубку 17, горючий газ охлаждается, отдавая часть тепла прокачиваемому через спираль теплообменника 13 окислителю, подогревая его. Нагретый в теплообменнике окислитель поступает по каналу 21 через коллектор 5 на форсунки 4 и подается в полость газогенератора.

При работе установки процесс газификации топлива протекает при оптимальной температуре окислителя, что обеспечивает высокую интенсивность и полноту газификации топлива. Использование в качестве хладагента окислителя позволяет отказаться от традиционной системы циркуляции воды через теплообменник.

Установка форсунок 4 для подачи окислителя в газогенератор на нескольких уровнях по высоте газогенератора обеспечивает постоянный режим работы по газообразованию по всей высоте реактора газогенератора.

Установка может функционировать как в ручном, так и автоматическом циклах.

Опытная эксплуатация предложенной установки на различных видах топлива показала, что получаемый горючий газ имел содержание твердых частиц не более 6 мг/м³, в то время как в известных решениях такой уровень очистки газа достигался на установках гораздо более сложных.

Удельная производительность по горючему газу на вес установки (м³/кг) на 30-40% превышала производительность в известных решениях.

1. Установка для газификации горючих материалов, включающая газогенератор, устройство загрузки в газогенератор топлива и форсунки для подачи в газогенератор окислителя, а также устройство удаления твердого остатка из газогенератора и патрубок отвода полученного в газогенераторе горючего газа, отличающаяся тем, что установка оснащена аппаратом очистки и охлаждения горючего газа, вход которого связан с патрубком отвода горючего газа из газогенератора, в корпусе аппарата установлены завихрители для придания потоку горючего газа движения по спирали и патрубок отвода из аппарата горючего газа, причем в корпусе аппарата смонтирован теплообменник, предназначенный для охлаждения горючего газа, вход которого имеет возможность соединения с устройством подачи окислителя, а выход - с коллектором, предназначенным для раздачи окислителя на форсунки.

2. Установка для газификации горючих материалов по п.1, отличающаяся тем, что форсунки подачи окислителя в газогенератор расположены на цилиндрической части газогенератора в несколько рядов.

3. Установка для газификации горючих материалов по п.1, отличающаяся тем, что на конусной части газогенератора размещены устройства для разрыхления золы.

4. Установка для газификации горючих материалов по п.1, отличающаяся тем, что в нижней части аппарата очистки и охлаждения горючего газа установлен затвор для выдачи твердого остатка.