ГАЗОГЕНЕРАТОР ДЛЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА Российский патент 2000 года по МПК C10J3/20 C10J3/30 

Изобретение относится к устройствам для газификации твердых топлив и может быть использовано для газификации торфа, торфяных брикетов, дров, древесных отходов, растительных остатков, бытового и промышленного мусора, в установках для отопления различных помещений, подогрева воды и воздуха, сушки влажных материалов, зерна, топлив и др. целей.

Известен шахтный газогенератор Пинча, содержащий корпус с внутренней футеровкой, ступенчатые решетки и сводчатый рассекатель слоя топлива, под которым расположено отверстие для отвода газа. В нижней части газогенератора установлены зольниковые дверцы и имеются отверстия для подачи атмосферного воздуха. Сверху газогенератора установлены люки для загрузки топлива (Рамбуш Н.Э. Газогенераторы (пер с англ.). ГОНТИ, М.-Л. 1939, стр. 270).

Газогенератор работает следующим образом. Загрузка топлива производится через загрузочные люки. Воздух поступает через отверстия, расположенные под решетками.

Удаление золы и очистка решеток производится через зольниковые дверцы.

Разложение образующихся смол осуществляется путем пропускания их совместно с газом сухой перегонки через раскаленные слои топлива.

Однако конструкция газогенератора Пинча не обеспечивает возможности регулирования количества топлива, участвующего в процессе газификации. В нем не предусмотрена возможность разрушения зависшего слоя топлива между внутренними стенками и сводчатым рассекателем.

Существенным недостатком газогенератора Пинча является то, что в нем отсутствует возможность в случае необходимости прекращения подачи топлива в зону горения и он не может работать на различных по крупности топливах.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является газогенератор фирмы HERBST, в основу которого заложен газогенератор конструкции Пинча (Проспект фирмы HERBST GROUP "THE HERBST GASMISER", KILPOOLE HILL, WICKLOW, IRELAND. 1985).

Газогенератор фирмы HERBST содержит корпус с внутренней футеровкой, подвижную с возможностью подъема-опускания колосниковую решетку с кулачковым механизмом подъема-опускания, топочную дверцу, шарнирно установленную за дверцей поворотную шторку, нижний край которой опирается на колосниковую решетку. Внутри верхней части корпуса установлен сводчатый рассекатель, под которым расположено отверстие для отвода газа со вставленной в него жаровой трубой. Жаровая труба снабжена поворотной крышкой-клапаном для подачи вторичного воздуха. На корпусе газогенератора установлен бункер с загрузочным люком.

Возможность подъема-опускания колосниковой решетки позволяет регулировать в некоторых пределах производительность газогенератора за счет изменения высоты слоя топлива, находящегося над колосниковой решеткой.

Известный газогенератор работает следующим образом.

Загрузка топлива в бункер осуществляется через загрузочный люк. Слой топлива удерживается сводчатым рассекателем. Растопка газогенератора осуществляется через топочную дверцу. Для розжига могут быть использованы щепа, дрова и др. горючие материалы, которые укладываются на колосниковую решетку. После розжига топочная дверца закрывается, а подача воздуха под тягой осуществляется через дверцу, которой регулируется количество подаваемого первичного воздуха. В этом газогенераторе, как и в газогенераторе Пинча разложение образующихся смол осуществляется путем пропускания их совместно с газом сухой перегонки через более горячие слои топлива.

Сжигание газа осуществляется в жаровой трубе, куда подается вторичный воздух. Далее раскаленный газ поступает в теплообменник, где происходит его догорание. Отдав тепло, газ через дымовую трубу выбрасывается в атмосферу. По мере сгорания топливо опускается вниз и через определенный промежуток времени производится загрузка следующей порции топлива.

Производительность газогенератора (выход тепла) регулируется посредством изменения подаваемого первичного и вторичного воздуха и тяги за счет изменения высоты слоя топлива на подвижной решетке путем подъема-опускания ее.

Недостатком конструкции известного газогенератора является то, что в нем ограничены пределы регулирования производительности, а следовательно и расхода топлива в широком диапазоне, кроме того, отсутствует возможность прекращения подачи топлива. В случае зависания топлива между боковыми стенками корпуса газогенератора и рассекателем отсутствует возможность оперативного устранения зависания. Известный газогенератор не может работать на различных по крупности топливах, так как в нем расстояние между боковыми стенками и рассекателем постоянное и при изменении крупности кусков топлива происходит его зависание или просыпание.

Кроме того, ограничено использование различных по влажности топлив из-за ограниченной поверхности рассекателя.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности и эффективности работы, расширение диапазона регулирования (производительности) и обеспечение возможности использования различных по крупности и влажности топлив.

Поставленная задача решается тем, что известный газогенератор для твердого топлива, содержащий корпус с футеровкой и топочной дверцей, бункер для топлива с загрузочным люком, камеру для золы с дверцей для ее удаления и устройством для подачи и регулирования первичного воздуха, установленный внутри корпуса сводчатый рассекатель, под которым расположены, выполненное в корпусе отверстие для отвода газов со вставленной в него жаровой трубой с устройством для подачи и регулирования вторичного воздуха, и подвижная с возможностью подъема-опускания колосниковая решетка, снабжен поворотными лопастями, установленными внутри корпуса, оси поворота которых расположены параллельно рассекателю, а рассекатель в верхней части снабжен вертикальной пластиной, причем поворотные лопасти, рассекатель и вертикальная пластина снабжены поперечными ребрами.

Наличие поворотных лопастей обеспечивает возможность регулирования подачи топлива, а, соответственно, и производительности, полное прекращение подачи топлива, использование различных по крупности топлив за счет изменения ширины щели между поворотными лопастями и рассекателем, устранение зависания топлива.

Возможность использования различных по влажности топлив и повышение эффективности работы газогенератора обеспечивается путем существенного увеличения активных поверхностей за счет вертикальной пластины, поворотных лопастей и поперечных ребер.

На фиг. 1 схематически представлен предложенный газогенератор; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2.

Газогенератор содержит корпус 1 с футеровкой 2, подвижную с возможностью подъема-опускания колосниковую решетку 3 с кулачковым механизмом подъема-опускания 4 и рычагами 5, дверцу 6 для розжига газогенератора и очистки колосниковой решетки 3, сводчатый рассекатель 7 с вертикальной пластиной 8 и поперечными ребрами 9. Рассекатель 7 установлен на кронштейнах 10. Под рассекателем 7 расположено отверстие 11 для отвода газов со вставленной в него жаровой трубой 12. Труба 12 покрыта слоем теплоизоляционного материала 13. Жаровая труба 12 снабжена устройством 14 для подачи и регулирования вторичного воздуха. В нижней части газогенератора размещена камера 15 для золы с дверцей 16 и устройством 17 для подачи и регулирования первичного воздуха. В верхней части газогенератора установлен бункер 18 для топлива с загрузочным люком 19. Вдоль боковых стенок газогенератора установлены поворотные лопасти 20 на осях 21 с рычагами 22. Оси 21 расположены горизонтально и симметрично продольной оси рассекателя 7. Поворотные лопасти 20 снабжены поперечными ребрами 23. Поворот лопастей 20 осуществляется посредством рычагов 22.

Предложенный газогенератор работает следующим образом.

Колосниковая решетка 3 посредством рычагов 5 кулачкового механизма 4 устанавливается в верхнее положение. Поворотные лопасти 20 посредством рычагов 22 подводятся вплотную к сводчатому рассекателю 7. При этом полностью перекрываются прямоугольные каналы для подачи топлива на колосниковую решетку 3. Затем через люк 19 бункер 18 заполняется топливом и плотно закрывается. Розжиг газогенератора осуществляется через дверцу 6. Для розжига могут быть использованы различные горючие материалы, которые укладываются на колосниковую решетку 3. После загорания растопочного материала на решетке 3, дверца 6 плотно закрывается. Затем поворотные лопасти 20 посредством рычагов плавно разводятся в нужное положение и на решетку 3 начинает подаваться топливо из бункера. Первичный воздух под действием тяги через устройство 17 подается под колосниковую решетку 3 и проходит через слой растопочного материала и основного топлива, обеспечивая их интенсивное горение, т.е. соединение кислорода (O₂), содержащегося в воздухе, с горючими частями топлива, главным образом с углеродом (C). В результате горения топлива получается диоксид углерода (C + O₂ = CO₂). В этой зоне, называемой зоной горения, кислород воздуха полностью расходуется. При этом происходит значительное выделение тепла. Температура в зоне горения достигает 1100-1300^oC. В расположенном над зоной горения слое топлива происходит процесс сухой перегонки, в результате которого из топлива выделяются газообразные и парообразные продукты, а само топливо превращается в кокс.

Пространство над зоной горения называется зоной сухой перегонки. Над ней находится зона подсушки, в которой топливо подвергается предварительному подсушиванию.

Получающиеся продукты сгорания и пары проходят через слой кокса. Здесь под действием раскаленной поверхности негорючий CO₂ превращается в горючий - оксид углерода (CO) по реакции CO₂ + C = 2CO. В этой зоне происходит и разложение водяных паров, в результате чего получается также водород (H₂) и оксид углерода по реакции H₂O + C = CO + H₂ или при недостаточной температуре, водород и диоксид углерода 2H₂О + C = 2H₂ + CO₂. В состав горючего газа входит небольшое количество метана и др. углеводородов.

Зона горения и восстановления вместе образуют активную зону газификации или активный слой топлива.

Из активной зоны газы через отверстие 11 поступают в жаровую трубу 12, где происходит их сжигание, для чего в жаровую трубу через устройство 14 подается вторичный атмосферный воздух.

Образующиеся продукты сухой перегонки (смолы, кислоты), проходя через активный слой топлива, частично сгорают, а частично подвергаются крекинг-процессу (разлагаются с выделением горючих газов) и не вызывают засмоления деталей установки, т.е. при этом обеспечивается получение бессмольного газа.

Отдав тепло, газ выбрасывается через дымовую трубу в атмосферу. По мере сгорания столб топлива постепенно спускается вниз и после выгорания через определенный промежуток времени производится загрузка следующей порции топлива.

Производительность газогенератора (выход тепла) регулируется изменением количества топлива, участвующего в процессе. Это осуществляется путем подъема-опускания колосниковой решетки 3 и поворотом лопастей 20. Интенсивность процесса регулируется изменением подачи первичного воздуха посредством устройства 17, вторичного воздуха - посредством устройства 14 и заслонки дымовой трубы (не показана).

При необходимости быстрого прекращения подачи тепла в теплообменник поворотные лопасти 20 поворачиваются до упора в сводчатый рассекатель 7, в результате чего прекращается подача топлива из бункера в активную зону. Плотно закрывается крышка устройства 17 для подачи первичного воздуха.

Наличие поворотных лопастей 20 расширяет возможность использования различных по крупности топлив, путем изменения ширины канала между сводчатым рассекателем и поворотными лопастями 20. Наличие вертикальной пластины 8, поворотных лопастей 20, поперечных ребер 9 и 23 позволяет интенсифицировать процесс газификации за счет увеличения горячей поверхности.

Интенсивность газификации реализуется за счет дополнительной подсушки топлива и увеличения доли газов термического разложения, образующихся при контакте топлива с рассекателем и поворотными пластинами.

При этом происходит снижение расхода топлива на 10-15% и повышение КПД процесса с 0,65 до 0,80.

Предложенный газогенератор является простейшим и дешевым устройством. Использование его позволит во многих случаях заменить дорогое и дефицитное привозное топливо (нефть, газ, мазут, уголь и др.) местными дешевыми низкосортными горючими материалами (древесные отходы, кора, растительные остатки, бытовой и производственный мусор, торф, сапропель, лигнин и др.), сократить потребление электроэнергии и дорогостоящих жидких и газообразных (природный газ) энергоносителей.

Предложенный газогенератор позволяет сжигать местные виды топлива и др. горючие материалы с высокой тепловой эффективностью и существенно снизить количество загрязняющих выбросов в атмосферу по сравнению с существующими в настоящее время устройствами для прямого сжигания.

Изобретение относится к устройствам для газификации твердых топлив и может быть использовано для газификации торфа, торфяных брикетов, дров, древесных отходов, растительных остатков, бытового и промышленного мусора, в установках для отопления различных помещений, подогрева воды и воздуха, сушки влажных материалов, зерна топлив и других целей. Газогенератор для твердого топлива содержит корпус с футеровкой и топочной дверцей, бункер для топлива с загрузочным люком, камеру для золы и сводчатый рассекатель. Камера для золы имеет дверцу, для ее удаления и устройство для подачи и регулирования первичного воздуха. Сводчатый рассекатель установлен внутри корпуса. Под сводчатым рассекателем расположены отверстие для отвода газов со вставленной в него жаровой трубой и подвижная с возможностью подъема-опускания колосниковая решетка. Жаровая труба имеет устройство для подачи и регулирования вторичного воздуха. Газогенератор снабжен поворотными лопастями, установленными внутри корпуса. Оси поворота лопастей расположены параллельно рассекателю. Рассекатель в верхней части снабжен вертикальной пластиной. Поворотные лопасти, рассекатель и вертикальная пластина снабжены поперечными ребрами. Изобретение позволяет использовать различное по крупности и влажности топливо, повышает надежность и эффективность работы устройства. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Газогенератор для твердого топлива, содержащий корпус с футеровкой и топочной дверцей, бункер для топлива с загрузочным люком, камеру для золы с дверцей для ее удаления и устройством для подачи и регулирования первичного воздуха, установленный внутри корпуса сводчатый рассекатель, под которым расположено отверстие для отвода газов со вставленной в него жаровой трубой с устройством для подачи и регулирования вторичного воздуха и подвижная с возможностью подъема-опускания колосниковая решетка, отличающийся тем, что он снабжен установленными внутри корпуса поворотными лопастями, оси поворота которых расположены параллельно рассекателю, а рассекатель в верхней части снабжен вертикальной пластиной. 2. Газогенератор по п. 1, отличающийся тем, что поворотные лопасти, рассекатель и вертикальная пластина снабжены поперечными ребрами.