ПЕРЕДВИЖНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1995 года по МПК F02B43/08 

Изобретение относится к автономным передвижным энергетическим установкам, используемым для обеспечения энергией деятельности человека в условиях отрыва от традиционных систем энергоснабжения.

Известна передвижная дизельная электростанция, работающая на жидком топливе [1] , которая содержит установленные на полуприцепе двигатель внутреннего сгорания и соединенный с ним электрогенератор, а также блок управления с приборами и аппаратурой и системы, обеспечивающие функционирование, включая систему топли- вопитания и систему выпуска газов.

Однако в регионах, пораженных при катастрофе на Чернобыльской АЭС, в частности для Белоруссии, жидкое топливо становится все более и более дефицитным, и энергетический кризис не позволяет принять известное техническое решение для обеспечения энергией специализированных леспромхозов, которые будут выполнять работы на пораженных радионукли- дами лесосеках.

Известны нетрадиационные источники энергии и работающие на них энергетические установки, например, передвижные электростанции с газовыми мотор-генераторами Опытного завода ВНИИГаза, работающие от биогазовой установки [2].

Однако собственно биогазовая установка выполняется в стационарном варианте из-за длительности биохимического процесса в ее реакторе, и ее использование на лесосеках, где биомасса в сравнении с животноводческими комплексами значительно меньше, не целесообразно.

Из известных технических решений наиболее близким по совокупности признаков объектом к заявляемому является "Газогенераторная установка ЦНИИМЭ-18 передвижной электростанции ПЭСГ-12-200" [3].

Принятый за прототип объект по своей сущности представляет собой передвижную энергетическую установку, содержащую энергоблок с двигателем внутреннего сгорания, с которым соединен электрогенератор, блок управления с приборами и аппаратурой и топливный блок, который снабжен газогенератором с устройствами подготовки топлива и очистки генераторного газа, причем все блоки установки выполнены с весогабаритными характеристиками, позволяющими транспортировать их по дорогам.

Однако, при использовании объекта, принятого за прототип, в зонах радиоактивного поражения проявляется его существенный недостаток, заключающийся в недостаточной безопасности при работе на топливе, содержащем радиоактивные загрязнения, что затрудняет также использование технических решений, заложенных в прототипе, для создания передвижной установки энергоснабжения.

Технической задачей изобретения является обеспечение безопасности при работе на топливе, содержащем радиоактивные загрязнения.

Для решения поставленной задачи в передвижной энергетической установке, содержащей энергоблок с двигателем внутреннего сгорания, с которым соединен электрогенератор, блок управления с приборами и аппаратурой и топливный блок, который снабжен газогенератором с устройствами подготовки топлива и очистки генераторного газа, причем все блоки установки выполнены с весогабаритными характеристиками, позволяющими транспортировать их по дорогам; топливный блок выполнен разборным, монтируемым из транспортного положения в рабочее на месте дислокации, при этом газогенератор выполнен двухступенчатым: основная ступень и ступень дожига, - которые на месте дислокации установлены вертикально один под другим, а в состав блоков установки дополнительно включен блок контейнеризации золы, снабженный герметичным боксом, в котором размещены накопительная емкость и контейнер с самоуплотняющейся крышкой, кроме того, устройство подготовки топлива содержит барабанную сушилку, на выходе греющего воздуха из которой установлен блок очистки воздуха, содержащий конденсатор и циклон, выходы конденсата и уловленных твердых частиц из которых соединены с входом в ступень дожига, а на выходе переработанного топлива из основной ступени газогенератора установлен классификатор, выход золы из которого соединен с накопительной емкостью блока контейнеризации золы, а выход недожога - с входом в ступень дожига.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема установки, на фиг. 2 и 3 - левая и правая половины рисунка в аксонометрической проекции, поясняющего особенности компоновки оборудования.

Передвижная энергетическая установка содержит энергоблок 1 с двигателем внутреннего сгорания 2, с которым соединен электрогенератор 3 (см. фиг. 1 и 2), блок управления 4 с приборами и аппаратурой (блок 4 показан только на фиг. 2, на фиг. 1 он отсутствует, т. к. приведенная схема не включает системы электрические и управления) и топливный блок 5 (см. фиг. 2), который снабжен газогенератором, выполненным двухступенчатым: основная ступень 6 и ступень дожига 7. На месте дислокации эти ступени установлены вертикально одна под другой, как это показано на фиг. 2, и объединены металлоконструкцией в один узел, который при транспортировании укладыва- ется на транспортном средстве - полуприцепе 8 горизонтально. При установке газогенераторов в рабочее положение на освободившемся месте полуприцепа монтируют устройство 9 очистки генераторного газа, содержащее систему газодинамических, механических и сорбционных фильтров, обычно применяемых для очистки газовых выбросов с радиоактивными загрязнениями.

Устройство подготовки топлива 10 смонтировано на том же полуприцепе 8 и содержит (см. также фиг. 1) барабанную сушилку 11, с загрузочным бункером 12. Выход из сушилки соединен с бункером 13 газогенератора норией 14. Для подачи воздуха в основную ступень 6 газогенератора служит вентилятор 15, на нагнетании которого установлен теплообменник 16. Соответственно ступень 7 дожига оборудована вентилятором 17 и теплообменником 18. Вентилятор 19 через теплообменник 20 подключен к барабанной сушилке 11. На выходе греющего воздуха из барабанной сушилки 11 установлен блок 21 очистки воздуха, содержащий циклон 22 с питателем 23 и конденсатор 24 с конденсатоотводчиком 25, а также обычно применяемый на выходе загрязненных радионуклидами газов аэрозольный фильтр 26. Выходы из питателя 23 и конденсатоотводчика 25 соединены с входом в ступень дожига 7 газогенератора.

В состав блоков установки включен блок 27 контейнеризации золы (на фиг. 2 он изображен установленным в приямке, отрытом на месте дислокации установки. При транспортировании блок 27 перевозится на отдельном транспортном средстве вместе с блоком 9 устройства очистки генераторного газа и блоком 21 очистки воздуха).

Блок выполнен в виде герметичного бокса, в котором размещены накопительная емкость 28 и контейнер 29 с самоуплотняющейся крышкой (на фиг. 2 контейнер 29 изображен также извлеченным из блока 27).

На выходе переработанного топлива из основной ступени 6 газогенератора установлен классификатор 30 твердых частиц. Выход золы из классификатора соединен с накопительной емкостью 28 блока 27 контейнеризации золы, а выход недожога соединен с входом в ступень дожига 7, выход золы из которой соединен с накопительной емкостью 28 с помощью транспортера 31. Для приема и хранения перерабатываемых отходов используют бункер-накопитель 32, оборудованный транспортером.

Предлагаемая передвижная энергетическая установка работает следующим образом.

После прибытия на место дислокации транспортные средства и блоки установки устанавливают в рабочее положение, как это показано на фиг. 2 и 3. При этом топливный блок 5 переустанавливают на полуприцепе 8 в вертикальное положение. С другого транспортного средства снимают устройство 9 очистки генераторного газа и устанавливают его на полуприцепе 8 на освободившееся место, а блок очистки воздуха 21 устанавливают на крыше устройства 10 подготовки топлива. Подготавливают приямок и устанавливают там блок контейнеризации золы 27, а также приcпоcобле-ния для замены в нем контейнеров 29. Затем cоединяют отдельные агрегаты и блоки установки по схеме, приведенной на фиг. 1, подключают электрооборудование и приборы к блоку управления 4.

Перерабатываемые древесные отходы принимают от комплекса лесоуборочных машин в бункер-накопитель 32. Отходы поступают в виде измельченной щепы, их влажность не регламентируется.

Розжиг газогенератора ведут подготовленным топливом и после выхода на режим подают отходы в бункер 12. В барабанной сушилке отходы подсушивают нагретым в теплообменнике 20 воздухом, который подают вентилятором 19 (на фиг. 3 соединительные воздухопроводы не показаны, чтобы не затенять чертеж). Выходящий из сушилки 11 воздух, содержащий большое количество влаги, летучих смолистых веществ, а также мелкодисперсных твердых частиц и радиоактивных загрязнений, очищают, пропуская через циклон 22, конденсатор 24 и аэрозольный фильтр 26. Очищенный воздух сбрасывают в атмосферу, а уловленные шламы с помощью питателя 23, подмешивая к ним жидкость из конденсатоотводчика 25, направляют на вход в ступень дожига 7 газогенератора. Так как радиоактивные загрязнения находятся в основном на поверхности отходов, через блок очистки воздуха 21 в ступень дожига 7 попадает значительная часть радионуклидов, минуя основную ступень 6 газогенератора, в которой производится основное количество генераторного газа (свыше 85%).

Подготовленное в сушилке 11 топливо с помощью нории 14 подают в бункер 13, откуда топливо поступает в шахту основной ступени 6 газогенератора. Воздушное дутье в рабочую зону основной ступени подают с помощью вентилятора 15, подогревая его в теплообменнике 16, обогреваемом вырабатываемым основной ступенью генераторным газом.

На выходе твердого остатка из основной ступени 6 установлен классификатор 30, в котором золу отделяют от несгоревших углей. Золу сбрасывают в накопительную емкость 28 блока 27 контейнеризации золы, а угли подают на вход в ступень дожига 7.

Благодаря тому, что в топливном блоке 5 основная ступень 6 и ступень дожига 7 установлены вертикально одна под другой, классификатор 30 с приводом легко компонуется между этими ступенями (см. фиг. 2) и дополнительно выполняет при этом функцию вращающейся фрезерной решетки для основной ступени, препятствуя сводообразованию в ней.

Как уже упоминалось, на вход в ступень дожига 7 поступает также смесь жидкости и шламов из аппаратов 23, 25 блока очистки воздуха 21. Смешиваясь с раскаленными углями, поступающими из классификатора 30, шламы и органические соединения полностью перерабатываются до окислов, а вода испаряется в реакциях восстановления и улучшает качество генераторного газа в ступени дожига 7. Воздушное дутье в эту ступень подают вентилятором 17 с подогревом в теплообменнике 18, а золу с помощью транспортера 31 направляют в накопительную емкость 28. Из емкости 28 золу периодически выгружают в контейнер 29 с самоуплотняющейся крышкой, который отсоединяют, извлекают из блока 27 и отправляют на кондиционирование (цементацию или остекловывание) и захоронение. Так как в контейнер 29 попадает основное количество радионуклидов, содержащихся в исходном топливе, все манипуляции с контейнером выполняют дистанционно с помощью приспособлений.

Полученный в основной ступени 6 и ступени 7 генераторный газ направляют в устройство 9 очистки генераторного газа, предварительно использовав его тепло для подогрева воздуха в теплообменниках 16, 18 и 20. Очистку генераторного газа ведут известным способом, используя систему газодинамических, механических и сорбционных фильтров, при этом уловленные твердые частицы направляют в накопительную емкость 28.

Очищенный генераторный газ по трубопроводу направляют в энергоблок 1 (см. также фиг. 2), где он сгорает в двигателе 2, приводя во вращение электрогенератор 3.

В энергоблоке (или на отдельном транспортном средстве) может быть установлена также компрессорная станция для зарядки очищенным генераторным газом газовых баллонов.

Таким образом, в сравнении с прототипом, установка при работе на топливе, содержащем радиоактивные загрязнения, обеспечивает чистую продукцию в виде электроэнергии или газа для бытовых нужд и при этом выполняются все требования по безопасности проведения работ по переработке радиоактивных отходов.

Экономический эффект от использования изобретения можно будет определить после его реализации в промышленном масштабе. В настоящее время ведутся проектные и экспериментальные работы по созданию опытного образца установки.

Изобретение относится к мобильным энергетическим установкам и может быть использовано для обеспечения работ в зонах, пораженных в результате катастрофы на Чернобыльской АЭС. Для обеспечения безопасности при использовании в качестве топлива газогенераторной передвижной электростанции древесины, загрязненной радионуклидами, газогенератор выполнен двухступенчатым ( основная ступень 6 и ступень дожига 7 ) снабжен барабанной сушилкой 11, классификатором 30, который разделяет золу и угли, и блоком 27 контейнеризации золы. Топливо подсушивают воздухом, нагнетаемым вентилятором 19 и нагреваемым в теплообменнике 20. При этом с потоком воздуха уносятся радионуклиды, находящиеся в различных формах на поверхности кусков топлива. В циклоне 22 и конденсаторе 24 радионуклиды вместе с шламами и жидкостью отделяют от отработанного воздуха и питателем 23 направляют на вход в ступень дожига 7, в которую из классификатора 30 подают раскаленные угли. Зола из ступени дожига 7 и классификатора 30 поступает в накопительную емкость 28, в которую сбрасывают также уловленные в устройстве 9 очистки генераторного газа твердые частицы. Очищенный генераторный газ из устройства 9 подают в двигатель 2 внутреннего сгорания, который приводит во вращение электрогенератор 3. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. ПЕРЕДВИЖНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА, содержащая энергоблок с двигателем внутреннего сгорания и электрогенератором, блок управления с приборами и аппаратурой и топливный блок, снабженный газогенератором с устройствами подготовки топлива и очистки газогенераторного газа, причем массогабаритные характеристики всех блоков выполнены с возможностью их транспортирования, отличающаяся тем, что топливный блок выполнен разборным с возможностью монтирования из транспортного положения в рабочее на месте дислокации, при этом газогенератор выполнен двухступенчатым в виде основной ступени и ступени дожига, установленных вертикально одна под другой на месте дислокации, а в состав блоков установки дополнительно включен блок контейнеризации золы, снабженный герметичным боксом, в котором размещены накопительная емкость и контейнер с самоуплотняющейся крышкой. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что устройство подготовки топлива содержит барабанную сушилку, на выходе греющего воздуха из которой установлен блок очистки воздуха, содержащий конденсатор и циклон, выход конденсата и уловленных твердых частиц из которых соединен с входом в ступень дожига. 3. Установка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что на выходе переработанного топлива из основной ступени газогенератора установлен классификатор, выход золы из которого соединен с накопительной емкостью блока контейнеризации золы, а выход недожога - с входом в ступень дожига.