ОПЫТНАЯ ГАЗОГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА НА ДРЕВЕСНОМ ИЛИ ТОРФЯНОМ ТОПЛИВЕ С ПАРОВОЗДУШНЫМ ДУТЬЕМ Российский патент 2004 года по МПК C10B53/08 C10J3/02 C10J3/20 

Изобретение относится к области термической переработки измельченных древесных отходов или брикетированного торфа в экологически чистых газогенераторных установках (ГУ) с паровоздушным дутьем в лесном, торфяном, сельском и др. хозяйствах с целью получения дешевого газообразного топлива, так называемого генераторного газа (ГТ), для энерготехнологических установок (ЭТУ).

Сущность изобретения: опытная газогенераторная установка на древесном или торфяном топливе с паровоздушным дутьем снабжена присоединенным к колосниковой решетке 49 и герметично отходящим от дна зольника 20 под наклоном рычажным устройством 14, 15, 17, 19 с резьбой для вращения ее на 90^o и удаления с нее остатков шлака в зольник 20, присоединенным изолированно к смолосборнику 12 металлическим водосборником 13 с присоединенной к газоотводящей трубе 36 люка 34 бункера 33 и проходящей параллельно с газоотводящей трубой 6 сквозь воздушный теплообменник 4 пароотводящей трубой 47 и с присоединенной к одному из люков воздухоподводящего пояса 31 пароподводящей трубой 48, присоединенной к газоотводящей 36 и газовыводящей 1 трубам люка 34 бункера 33 Г-образной соединительной газоотводящей трубой 37 с люками для чистки, проходящими насквозь огнеупорные кирпичи 45 и металлическую стенку 22 камеры газификации 23, пристыкованными к металлическим фурмам 50 воздухоподводящего пояса 25 огнеупорными керамическими фурмами 50, расположенными внутри воздухоподводящего пояса 31 по спирали и равномерно направляющими подаваемый в него атмосферный воздух металлическими теплообменными перегородками 51.

Использование: для получения газообразного топлива из измельченных древесных отходов или брикетированного торфа применительно для энерготехнологических установок, вырабатывающих тепловую и электрическую энергию.

Известна опытная газогенераторная установка на древесном или торфяном топливе с паровоздушным дутьем, содержащая газогенератор, отходящие от него металлические воздухоподводящую, газоотводящие и газовыводящую трубы с задвижками и клапанами, включающий металлическую теплоизолированную изнутри огнеупорным кирпичом камеру газификации, отходящий от нее вверх металлический бункер со сквозным изолированным теплообменным отверстием по центру и с люком для загрузки измельченного твердого топлива, отходящий от нее люк для розжига топлива, отделенный от нее колосниковой решеткой металлический зольник с газоотводящими каналами и уплотнительной крышкой для удаления шлака, расположенные поочередно вокруг бункера, камеры газификации и зольника газоход, металлический теплообменный воздухоподводящий пояс, термостойкую теплоизоляцию и металлический кожух, герметично вкрученные одновременно в сквозные отверстия металлических стенок воздухоподводящего пояса и камеры газификации металлические фурмы для подачи в камеру газификации подогретого атмосферного воздуха и водяного пара, окружающий газоотводящую трубу и присоединенный к воздухоподводящей трубе металлический воздушный теплообменник с центробежным вентилятором для подачи атмосферного воздуха в воздухоподводящий пояс, присоединенные последовательно снизу к газоотводящей трубе воздушного теплообменника металлические смолосборник, циклон с фильтром и ресивер с манометром.

Основными недостатками известной газогенераторной установки на древесном или торфяном топливе с паровоздушным дутьем являются высокотемпературный разогрев и подвержение коррозии металлических фурм в активной зоне камеры газификации, сложность конструкции устройства для удаления остатков шлака с колосниковой решетки в зольник, отсутствие водосборника с пароотводящей и пароподводящей трубами на пути к воздухо- и пароподводящим фурмам камеры газификации для улавливания избыточной влаги топлива из бункера в процессе его термической газификации, неравномерность прогрева подаваемого атмосферного воздуха в воздухоподводящем поясе.

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в уменьшении температурного разогрева и коррозии металлических фурм камеры газификации, упрощении и обнадеживании конструкции устройства для удаления остатков шлака с вращающейся колосниковой решетки в зольник, применении водосборника с пароотводящей и пароподводящей трубами на пути к воздухо- и пароподводящим фурмам камеры газификации для улавливания избыточной влаги топлива из бункера в процессе его термической газификации, улучшении прогрева подаваемого атмосферного воздуха в воздухоподводящем поясе.

Для достижения указанного технического результата опытная газогенераторная установка на древесном или торфяном топливе с паровоздушным дутьем, содержащая газогенератор, отходящие от него металлические воздухоподводящую, газоотводящие и газовыводящую трубы с задвижками и клапанами, включающий металлическую теплоизолированную изнутри огнеупорным кирпичом камеру газификации, отходящий от нее вверх металлический бункер со сквозным изолированным теплообменным отверстием по центру и с люком для загрузки измельченного твердого топлива, отходящий от нее люк для розжига топлива, отделенный от нее колосниковой решеткой металлический зольник с газоотводящими каналами и уплотнительной крышкой для удаления шлака, расположенные поочередно вокруг бункера, камеры газификации и зольника, газоход, металлический теплообменный воздухоподводящий пояс, термостойкую теплоизоляцию и металлический кожух, герметично вкрученные одновременно в сквозные отверстия металлических стенок воздухоподводящего пояса и камеры газификации металлические фурмы для подачи в камеру газификации подогретого атмосферного воздуха и водяного пара, окружающий газоотводящую трубу и присоединенный к воздухоподводящей трубе металлический воздушный теплообменник с центробежным вентилятором для подачи атмосферного воздуха в воздухоподводящий пояс, присоединенные последовательно снизу к газоотводящей трубе воздушного теплообменника металлические смолосборник, циклон с фильтром и ресивер с манометром, снабжена присоединенным к колосниковой решетке и герметично отходящим от дна зольника под наклоном рычажным устройством с резьбой для вращения ее на 90^o и удаления с нее остатков шлака в зольник, присоединенным изолированно к смолосборнику металлическим водосборником с присоединенной к газоотводящей трубе люка бункера и проходящей параллельно с газоотводящей трубой сквозь воздушный теплообменник пароотводящей трубой и с присоединенной к одному из люков воздухоподводящего пояса пароподводящей трубой, присоединенной к газоотводящей и газовыводящей трубам люка бункера Г-образной соединительной газоотводящей трубой с люками для чистки, проходящими насквозь огнеупорные кирпичи и металлическую стенку камеры газификации пристыкованными к металлическим фурмам воздухоподводящего пояса огнеупорными керамическими фурмами, расположенными внутри воздухоподводящего пояса по спирали и равномерно направляющими подаваемый в него атмосферный воздух металлическими теплообменными перегородками.

На чертеже представлена схематично предлагаемая опытная газогенераторная установка на древесном или торфяном топливе с паровоздушным дутьем.

Опытная газогенераторная установка на древесном или торфяном топливе с паровоздушным дутьем содержит газогенератор с опорными металлическими ножками 16, отходящие от него металлические воздухоподводящую, газоотводящие и газовыводящую трубы 42, 36, 37, 41, 6, 1 с задвижками 2, 3, 39, 40, 43 и клапанами 38, 46 для сброса избыточного давления, присоединенные последовательно снизу к газоотводящей трубе 6 металлические смолосборник 12 с опорными ножками 11, циклон 7 с фильтром 8 и ресивер 10 с манометром 9 для измерения газового давления.

Газогенератор включает металлическую теплоизолированную изнутри огнеупорным кирпичом 45 камеру газификации 23, отходящий от нее вверх металлический бункер 33 со сквозным изолированным теплообменным отверстием 32 по центру, с опорными ножками 28, уплотнительной крышкой 35 и люком 34 для загрузки измельченного твердого топлива, отходящий от нее люк 26 для розжига топлива, отделенный от нее колосниковой решеткой 49 металлический зольник 20 с газоотводящими каналами 21, уплотнительной крышкой 18 для удаления шлака и герметично отходящим от его дна рычажным устройством 14, 15, 17, 19 для удаления остатков шлака, расположенные поочередно вокруг бункера 33, камеры газификации 23 и зольника 20 газоход 44, металлический теплообменный воздухоподводящий пояс 31 с расположенными внутри него металлическими теплообменными перегородками 51, термостойкую теплоизоляцию (асбест, минвата) 30 и металлический кожух 29, герметично вкрученные одновременно в сквозные отверстия металлических стенок воздухоподводящего пояса 31 и камеры газификации 23 металлические фурмы 25 для подачи в камеру газификации 23 подогретого атмосферного воздуха и водяного пара, проходящие насквозь огнеупорные кирпичи 45 и металлическую стенку 22 камеры газификации 23 пристыкованные к металлическим фурмам 25 воздухоподводящего пояса 31 огнеупорные керамические фурмы 50, окружающий газоотводящую трубу 6 и присоединенный к воздухоподводящей трубе 42 металлический воздушный теплообменник 4 с центробежным вентилятором 5 для подачи атмосферного воздуха в воздухоподводящий пояс 31, присоединенный изолированно к смолосборнику 12 металлический водосборник 13 с присоединенной к газоотводящей трубе 36 люка 34 бункера 33 и проходящей параллельно с газоотводящей трубой 6 сквозь воздушный теплообменник 4 пароотводящей трубой 47 и с присоединенной к одному из люков 24 воздухоподводящего пояса 31 пароподводящей трубой 48.

От нижнего сужения 27 бункера 33 на верхнюю стенку 22 камеры газификации 23 отходят приваренные к ним четыре опорные ножки 28 из металлического уголка, что упрочняет конструкцию установки.

Рычажное устройство 14, 15, 17, 19 для вращения колосниковой решетки 49 состоит из присоединенного к одной из ее сторон металлического стержня 19 с прокручивающимся кольцом на одном конце и с резьбой и вращательной ручкой 14 на другом конце, герметично отходящей от дна зольника 20 под наклоном металлической трубки 17 с внешней резьбой и накидной крышкой 15.

При виде сверху металлический бункер 33 газогенератора имеет прямоугольную форму.

Узлы, части установки герметично закреплены между собой с помощью фланцев, болтов, накидных гаек и термостойких прокладок.

Установка работает следующим образом. Через люк 34 с открытой уплотнительной крышкой 35 бункер 33 на весь объем загружается измельченным древесным топливом в виде отходов (мелкие обрезки, щепа, стружка, ветки и др.) или брикетированным торфяным топливом с относительной влажностью до 15%. При этом часть твердого топлива проваливается через нижнее сужение 27 бункера 33 до колосниковой решетки 49.

Люк 34 закрывается герметично уплотнительной крышкой 35. Задвижка 2 газовыводящей трубы 1 находится в открытом положении, а задвижки 3, 39, 40, 43 находятся в закрытом положении. Открывается уплотнительная крышка 18 зольника 20.

Через люк 26 производится поджиг твердого топлива камеры газификации 23. Люк 26 герметично закрывается. За счет образующейся тяги подобно обычной печи через нижнее отверстие зольника 20 поступает атмосферный воздух, который проходит сквозь колосниковую решетку 49 в камеру газификации 23, бункер 33 и выходит с газообразными продуктами сгорания по газоотводящей трубе 36, газовыводящей трубе 1 наружу. После достижения розжига топлива открываются на задаваемое газовое давление клапаны 38, 46 и задвижка 43 воздухоподающей трубы 42, закрывается нижнее отверстие зольника 20 уплотнительной крышкой 18, в электросеть включается центробежный вентилятор 5. Затем открываются задвижка 40 газоотводящей трубы 41, задвижка 39 пароотводящей трубы 47, а задвижка 2 газовыводящей трубы 1 закрывается.

Вентилятор 5 подает в установку атмосферный воздух, который проходит по воздушному теплообменнику 4, воздухоподводящему поясу 31 и через фурмы 25, 50 поступает подогретым в активную зону камеры газификации 23. В разогретой камере газификации 23 происходит паровоздушная газификация твердого топлива с образованием низкокалорийного или среднекалорийного генераторного газа, состоящего в основном из смеси газов СО, СО₂, Н₂, СН₄, N₂, О₂ и Аr. Образующийся генераторный газ проходит через колосниковую решетку 49, газоотводящие каналы 21, газоход 44, газоотводящую трубу 6 воздушного теплообменника 4, смолосборник 12, циклон 7 с фильтром 8 и ресивер, от которого поступает потребителю.

Проходя через газоход 44 генераторный газ нагревает бункер 33. Внутри бункера 33 происходит сушка, а затем пиролиз твердого топлива. Образующиеся пары воды в бункере 33 создают избыточное давление и по газоотводящей трубе 36, пароотводящей трубе 47 поступают в водосборник 13. Одна часть паров воды превращается в жидкую воду и накапливается в водосборнике 13, а другая часть паров воды поступает по пароподводящей трубе 48, фурмам 25, 50 в активную зону камеры газификации 23 и в ней при температуре порядка 1000-1300^oС протекает реакция водяного газа с образованием дополнительного, существенного количества горючих газов СО и H₂.

В процессе термической паровоздушной газификации, особенно на начальном этапе, образуются в некотором количестве смолы, которые в основном улавливаются в смолосборнике 12 и возможно частично в водосборнике 13.

Образующийся влажный генераторный газ с содержанием некоторого количества летучей сажи осушается и очищается в циклоне 7 с фильтром (сухие древесная стружка, гранулированный торф, силикагель и др.) 8.

После окончания газификации твердого топлива отключается от электросети вентилятор 5, закрываются задвижки 2, 3, 39, 40, 43 и открывается задвижка 2.

Далее производится чистка бункера 33, камеры газификации 23 и зольника 20 от шлака. Ручкой 14 рычажного устройства 14, 15, 17, 19 проворачивают стержень 19 с резьбой в накидной гайке 15 против часовой стрелки и тем самым его выкручивают наружу. При этом колосниковая решетка 49 поворачивается на 90^o. Работу рычажного устройства 14, 15, 17, 19 можно осуществлять также другим путем. С трубки 17 отвинчивается накидная гайка 15. При потягивании на себя металлического стержня 19 за ручку 14 колосниковая решетка 49 поворачивается на 90^o. С колосниковой решетки 49 в зольник 20 осыпаются остатки шлака. Под опорные ножки 16 газогенератора напротив уплотнительной крышки 18 зольника 20 ставится специальный металлический ящик на тележке с прицепом. Открывается крышка 18 и из зольника 20 в металлический ящик самопроизвольно просыпается образовавшийся шлак в виде смеси золы с частичными остатками недогоревшего древесного или растительного угля, возможными примесями песка, глины и др.

Образовавшиеся вода и смола в смолосборнике 12 и водосборнике 13 извлекаются через их боковые люки. В дальнейшем смола газифицируется вместе с твердым топливом в предлагаемой опытной газогенераторной установке или утилизируется для перерабатывающих предприятий.

На чертеже изображена опытная газогенераторная установка на древесном или торфяном топливе с паровоздушным дутьем, где обозначены: 1 - металлическая газовыводящая труба; 2, 3, 39, 40, 43 - металлическая задвижка; 4 - металлический воздушный теплообменник; 5 - центробежный вентилятор; 6, 36, 41 - металлическая газоотводящая труба; 7 - металлический циклон; 8 - фильтр; 9 - манометр; 10 - металлический ресивер; 11, 16 - металлические опорные ножки; 12 - металлический смолосборник; 13 - металлический водосборник; 14 - металлическая ручка; 15 - металлическая накидная крышка с резьбой; 17 - металлическая трубка; 18, 35 - металлическая уплотнительная крышка; 19 - металлический стержень с резьбой; 20 - металлический зольник; 21 - металлический газоотводящий канал; 22 - металлическая стенка; 23 - металлическая камера газификации; 24, 26, 34 - металлический люк; 25 - металлическая фурма с резьбой; 27 - металлическое сужение; 28 - металлическая опорная ножка; 29 - металлический кожух; 30 - теплоизоляция; 31 - металлический воздухоподводящий пояс; 32 - металлическое изолированное сквозное теплообменное отверстие; 33 - металлический бункер; 37 - металлическая соединительная Г-образная труба с люками для чистки; 38, 46 - газовый клапан для сброса избыточного давления; 42 - металлическая воздухоподводящая труба; 44 - газоход; 45 - теплоизоляция из огнеупорного кирпича; 47 - металлическая пароотводящая труба; 48 - металлическая пароподводящая труба; 49 - чугунная вращающаяся колосниковая решетка; 50 - керамическая фурма; 51 - металлическая теплообменная перегородка.

Литература:
1. Хасанов И.М. Установка для получения генераторного газа из вторичного древесного или растительного сырья. Патент на изобретение 2081894. Приоритет от мая 1993 г. Зарегистрирован в государственном реестре изобретений 20 июня 1997 г. Москва, Роспатент.

2. Расчет газогенераторной установки "НАТИ III ПЕЭМ" для трактора "Интернационал 22-36 " // Ж. "Автотракторное дело", 2, 1932, с.42-50.

Изобретение относится к области термической переработки измельченных древесных отходов или брикетированного торфа в экологически чистых газогенераторных установках с паровоздушным дутьем в лесном, торфяном, сельском и др. хозяйствах с целью получения дешевого газообразного топлива, так называемого генераторного газа применительно для энерготехнологических установок. Опытная газогенераторная установка на древесном или торфяном топливе с паровоздушным дутьем снабжена присоединенным к колосниковой решетке и герметично отходящим от дна зольника под наклоном рычажным устройством с резьбой для вращения ее на 90^o и удаления с нее остатков шлака в зольник, присоединенным изолированно к смолосборнику металлическим водосборником с присоединенной к газоотводящей трубе люка бункера и проходящей параллельно с газоотводящей трубой сквозь воздушный теплообменник пароотводящей трубой и с присоединенной к одному из люков воздухоподводящего пояса пароподводящей трубой, присоединенной к газоотводящей и газовыводящей трубам люка бункера Г-образной соединительной газоотводящей трубой с люками для чистки, проходящими насквозь огнеупорные кирпичи и металлическую стенку камеры газификации пристыкованными к металлическим фурмам воздухоподводящего пояса огнеупорными керамическими фурмами, расположенными внутри воздухоподводящего пояса по спирали и равномерно направляющими подаваемый в него атмосферный воздух металлическими теплообменными перегородками. Изобретение позволяет уменьшить температурный разогрев и коррозию металлических фурм камеры газификации, упростить и обнадежить конструкцию устройства для удаления остатков шлака с вращающейся колосниковой решетки в зольник, улучшить прогрев подаваемого атмосферного воздуха в подводящем поясе. 1 ил.

Опытная газогенераторная установка на древесном или торфяном топливе с паровоздушным дутьем, содержащая газогенератор, отходящие от него металлические воздухоподводящую, газоотводящие и газовыводящую трубы с задвижками и клапанами, включающий металлическую теплоизолированную изнутри огнеупорным кирпичом камеру газификации, отходящий от нее вверх металлический бункер со сквозным изолированным теплообменным отверстием по центру и с люком для загрузки измельченного твердого топлива, отходящий от нее люк для розжига топлива, отделенный от нее колосниковой решеткой металлический зольник с газоотводящими каналами и уплотнительной крышкой для удаления шлака, расположенные поочередно вокруг бункера, камеры газификации и зольника, газоход, металлический теплообменный воздухоподводящий пояс, термостойкую теплоизоляцию и металлический кожух, герметично вкрученные одновременно в сквозные отверстия металлических стенок воздухоподводящего пояса и камеры газификации металлические фурмы для подачи в камеру газификации подогретого атмосферного воздуха и водяного пара, окружающий газоотводящую трубу и присоединенный к воздухоподводящей трубе металлический воздушный теплообменник с центробежным вентилятором для подачи атмосферного воздуха в воздухоподводящий пояс, присоединенные последовательно снизу к газоотводящей трубе воздушного теплообменника металлические смолосборник, циклон с фильтром и ресивер с манометром, отличающаяся тем, что она снабжена присоединенным к колосниковой решетке и герметично отходящим от дна зольника под наклоном рычажным устройством с резьбой для вращения ее на 90° и удаления с нее остатков шлака в зольник, присоединенным изолированно к смолосборнику металлическим водосборником с присоединенной к газоотводящей трубе люка бункера и проходящей параллельно с газоотводящей трубой сквозь воздушный теплообменник пароотводящей трубой и с присоединенной к одному из люков воздухоподводящего пояса пароподводящей трубой, присоединенной к газоотводящей и газовыводящей трубам люка бункера Г-образной соединительной газоотводящей трубой с люками для чистки, проходящими насквозь огнеупорные кирпичи и металлическую стенку камеры газификации пристыкованными к металлическим фурмам воздухоподводящего пояса огнеупорными керамическими фурмами, расположенными внутри воздухоподводящего пояса по спирали и равномерно направляющими подаваемый в него атмосферный воздух металлическими теплообменными перегородками.