ТЕПЛОГАЗОГЕНЕРАТОР ТВЕРДОГО ТОПЛИВА Российский патент 2005 года по МПК F23B7/00 C10J3/20 

Изобретение относится к энергетике, а именно к устройствам газификации твердого топлива, используемых для энергоснабжения потребителей силовым газом и теплом.

Известен теплогазогенератор твердого топлива, содержащий газовую топку с каналом вывода дымовых газов, бункер твердого топлива, газогенератор на паровоздушном дутье с колосниковой решеткой и золоприемниками, коллектор отвода высококалорийных газов и трубы-реторты с внутренней полостью в каждой из них, которая со стороны входной части соответствующей трубы сообщена с бункером, со стороны выходной части - с полостью газогенератора, участок трубы-реторты, расположенный между указанными ее частями размещен в полости газовой топки, внутренние полости труб-реторт со стороны их входных частей сообщены с коллектором отвода высококалорийных газов, а газогенератор соединен с газовой топкой через циклон очистки низкокалорийного газа (а.с. SU №1333696, C 10 J 3/48 от 30.08.87 г., а также а.с. SU №1262192, F 23 В 7/00 от 07.10.86 г.).

При реализации известных технических решений осуществляется термическое разложение твердого топлива в трубах-ретортах с отбором из них высококалорийного газа и получение твердого остатка, используемого в газогенераторе с паровоздушным дутьем для получения низкокалорийных газов с дальнейшей их подачей на сжигание в газовую топку.

Однако эффективность получения высококалорийного газа при газификации твердого топлива непосредственно связана с физико-механическими особенностями твердого топлива, которое предварительно подсушивают и гранулируют, что увеличивает трудоемкость процесса газификации твердого топлива, т.к. требуется большое аппаратное исполнение для его превращения в гранулы и их предварительной подсушки.

Реализуемый известным теплогазогенератором процесс малопроизводителен вследствие низкой эффективности термического разложения гранул твердого топлива в трубах-ретортах.

Предусмотренное в известном техническом решении расположение канала отвода дымовых газов увеличивает габаритные параметры теплогазогенератора.

Известное техническое решение по а.с. №1333696 по совокупности конструктивных признаков и их взаимосвязи наиболее близко к заявляемому техническому решению и выбрано в качестве его ближайшего аналога.

Техническая задача по созданию изобретения направлена на повышение эффективности термического разложения исходного твердого топлива на высококалорийный газ за счет интенсификации процесса и вне зависимости от физико-механических свойств твердых топлив по влажности и их фракционному составу.

Техническая задача по созданию изобретения направлена на повышение производительности, на снижение материалоемкости теплогазогенератора.

Для решения поставленной технической задачи предложен теплогазогенератор, в котором:

каждая труба-реторта или часть их, на участке, размещенном в полости газовой топки, выполнена в виде секций с внутренним каналом в каждой из них, обращенные друг к другу внешние поверхности стенок смежных секций расположены с образованием между ними открытых к полости топки проходных каналов, внутренние каналы секций трубы-реторты сообщены с ее внутренней полостью соответственно со стороны входной и выходной частей трубы-реторты, а колосниковая решетка снабжена приводом вращения с регулятором скорости;

привод вращения с регулятором скорости выполнены в виде электромотора-редуктора, связанного с системой управления;

канал вывода дымовых газов расположен в зоне бункера твердого топлива, одна из стенок названного канала сопряжена с наружной стенкой бункера;

канал вывода дымовых газов выполнен в виде винтового объемного элемента;

канал вывода дымовых газов снабжен теплообменниками;

вал вращения колосниковой решетки выполнен полым для паровоздушного дутья;

корпус газогенератора снабжен пароводяной рубашкой, которая расположена между внешней поверхностью названного корпуса и охватывающей последний обечайкой, при этом пароводяная рубашка снабжена коллектором вывода пара с пароотводящими трубками, одна которых сообщена с внутренней полостью трубы-реторты в зоне ее выходной части;

бункер снабжен питателем-дозатором принудительной подачи твердого топлива в трубы-реторты;

продольные оси газовой топки, труб-реторт и газогенератора ориентированы вертикально или/и горизонтально, или наклонены к горизонтали.

Приведенная совокупность признаков заявляемого теплогазогенератора позволяет:

повысить эффективность газоэнергетической переработки твердого топлива в трубах-ретортах за счет интенсификации процесса его термического разложения и вне зависимости от физико-механического состояния сыпучего твердого топлива по влажности и фракционному составу;

уменьшить габариты и материалоемкость;

обеспечить эффективность управления технологическим процессом теплогазогенератора.

При анализе известного уровня техники не выявлено технических решений, имеющих совокупность признаков и их взаимосвязь соответствующих заявляемому техническому решению. Приведенный анализ известного уровня техники свидетельствует о наличии в заявляемом техническом решении новизны и изобретательского уровня. Промышленная применимость заявляемого теплогазогенератора подтверждается известным уровнем техники и нижеприведенным описанием изобретения.

Изобретение поясняется чертежом, на котором показан общий вид теплогазогенератора.

Теплогазогенератор содержит газовую топку 1 с каналом 2 вывода дымовых газов, бункер 3 твердого топлива, газогенератор 4 с паровоздушным дутьем с колосниковой решеткой 5 и золоприемниками 6, коллектор 7 отвода высококалорийных газов и трубы-реторты 8 с внутренней полостью в каждой из них. Внутренняя полость каждой трубы-реторты 8 со стороны входной части ее сообщена с бункером 3, со стороны выходной части - с полостью газогенератора 4, участок 9 трубы-реторты 8, расположенный между указанными ее частями размещен в полости газовой топки 1.

Внутренние полости труб-реторт 8 со стороны их входных частей сообщены с коллектором 7 отвода высококалорийных газов, а газогенератор 4 соединен с газовой топкой 1 через циклон 10 очистки низкокалорийного газа. Теплогазогенератор имеет также газовую горелку 11 с запальным устройством 12, газовую горелку 13, теплообменники 14.

Каждая труба-реторта 8 или часть их (последнее определяется, преимущественно, физико-механическим состоянием сыпучего твердого топлива) на участке 9, размещенном в полости газовой топки 1, выполнена в виде секций 15 с внутренним каналом в каждой. Обращенные друг к другу внешние поверхности стенок смежных секций 15 расположены с образованием между ними открытых к полости топки 1 проходных каналов 16. Внутренние каналы секций 15 герметично сообщены с внутренней полостью трубы-реторты 8 соответственно со стороны входной и выходной частей ее. Геометрическая форма секций 15, их параметры, направление ориентации относительно продольной оси трубы-реторты может быть различно и определяется, в основном, физико-механическими свойствами сыпучего твердого топлива и, преимущественно, с учетом параметров составляющих его компонентов. Предпочтителен вариант выполнения внутренних каналов секций 15 в виде прямолинейно-проточных с параллельной их ориентацией по отношению к продольной оси 1-1 трубы-реторты 8 (см. чертеж). Возможен вариант ориентации каналов секций 15 под углом, равным или меньшим 90 градусов, и с вершиной указанного угла, в последнем случае, обращенной, например, к входной части трубы-реторты 8.

Колосниковая решетка 5 снабжена приводом вращения с регулятором скорости. Привод вращения с регулятором скорости выполнен в виде электромотора-редуктора 17. Электромотор-редуктор 17 связан с системой управления (не показано). Выполнение колосниковой решетки вращающейся и наличие связи между приводом вращения и системой управления обеспечивает регулирование процесса работы газогенератора в зависимости от степени загрузки труб-реторт твердым топливом, что, в частности, определяет эффективность образования низкокалорийных газов. Вал вращения колосниковой решетки 5 выполнен полым для упрощения процесса подвода паровоздушного дутья в полость газогенератора 4.

Канал 2 вывода дымовых газов расположен в зоне бункера 3 твердого топлива, одна из стенок названного канала сопряжена с наружной стенкой бункера. Канал 2 вывода дымовых газов выполнен, например, в виде винтового объемного элемента (не показано), что повышает эффективность нагрева бункера 3 с загруженным в него твердым топливом и теплообменников 14, которые размещены в канале 2. Указанное расположение канала вывода дымовых газов и формообразование их позволяет уменьшить габариты теплогазогенератора в целом, снизить его материалоемкость.

Корпус газогенератора 4 снабжен пароводяной рубашкой 18, которая расположена между внешней поверхностью названного корпуса и охватывающей последний обечайкой 19. Пароводяная рубашка 18 снабжена коллектором вывода пара с пароотводящими трубками, при этом часть их них (поз.20) сообщены с внутренней полостью каждой трубы-реторты 8 в зоне ее выходной части. Наличие пароводяной рубашки 18 и расположение ее на корпусе газогенератора 4 повышает эффективность использования тепла и одновременно уменьшает общие габариты и материалоемкость теплогазогенератора. При этом подача во внутреннюю полость трубы-реторты пара через трубку 20 улучшает качество образуемого в ней высококалорийного газа вследствие повышения эффективности коксуемости твердого топлива в процессе его термического разложения, при этом увеличивается также и общий выход высококалорийного полукоксового газа.

Для повышения эффективности загрузки внутренней полости трубы-реторты 8 и эффективности беспрепятственного движения сыпучего твердого топлива в направлении от входной части трубы-реторты к ее выходной части бункер 3 снабжен питателем-дозатором (не показан). Наличие в бункере 3 питателя-дозатора позволяет также осуществлять компановку технологического оборудования теплогазогенератора, например, с горизонтальной ориентацией продольной оси топки по отношению к вертикальной ориентации продольной оси газогенератора (не показано), что снижает общие габариты.

Теплогазогенератор работает следующим образом:

твердое топливо из бункера 3, косвенно обогреваемое дымовыми газами, выходящими из канала 2 их вывода, поступает во внутренние каналы секции 15 труб-реторт 8, а затем на вращающую колосниковую решетку 5. Разжигают газовую горелку 11 при помощи запального устройства 12, визуально убедившись в розжиге топлива через смотровой глазок (поз.21), горелку 11 выключают; пар из паровой рубашки 18 поступает на паровоздушное дутье в газогенератор 4 и через пароотводящую трубку 20 во внутренние каналы герметичных секций 15 с топливом. Низкокалорийный газ, очистившись от пыли в циклоне 10, горит в газовой топке 1 при помощи горелки 13. Образующиеся в процессе горения низкокалорийных газов сопутствующие высокотемпературные газы производят высокоэффективный нагрев труб-реторт, в том числе за счет проникающей способности газов при проходе через каналы 16 между наружными поверхностями стенок секций 15 реторт 8 на их участке 9, расположенном в топке. В результате осуществляется равномерное косвенное нагревание находящегося в трубе-реторте твердого топлива, в том числе вне зависимости от его влажности и фракционного состава, при этом происходит интенсивное термическое разложение твердого топлива с образованием высококалорийного газа, который поступает в коллектор 7 отвода высококалорийных газов. Выходящий из коллектора 7 газ после очистки и охлаждения поступает к потребителю. Оставшийся твердый углеродистый остаток в трубах-ретортах через выходную часть их поступает в газогенератор 4, в котором осуществляется традиционный процесс его газифицикации в низкокалорийный газ при паровоздушном дутье; образующуюся золу направляют вращающейся колосниковой решеткой 4 в золоприемники 6. Процесс удаления золы из газогенератора, также как и эффективность вывода твердого углеродистого остатка, находящегося в выходной части труб-реторт регулируется вращением колосниковой решетки при соответствующим заданном режиме работы электромотора-редуктора 17.

Таким образом, в результате работы теплогазогенератора интенсифицируется в целом процесс образования как высококалорийных, так и низкокалорийных газов вне зависимости от влажности используемого твердого топлива, повышается эффективность полезного использования образующегося тепла путем отдачи его в теплообменники 14, обеспечивается регулирование производительности с учетом загружаемого в трубы-реторты твердого топлива. Применение питателя-дозатора и выполнение труб-реторт на участке, расположенном в топке в виде ряда герметичных секций 15, позволяет уменьшить габариты теплогазогенератора, облегчает возможность установки труб-реторт в горизонтально-ориентированном положении, что упрощает использование и обслуживание устройства.

Изобретение относится к теплогазогенераторам твердого топлива. Теплогазогенератор твердого топлива содержит газовую топку с каналом вывода дымовых газов, бункер твердого топлива, газогенератор на паровоздушном дутье с колосниковой решеткой и золоприемниками, коллектор отвода высококалорийных газов и трубы-реторты с внутренней полостью в каждой из них, которая со стороны входной части соответствующей трубы-реторты сообщена с бункером, со стороны выходной части - с полостью газогенератора, участок трубы-реторты, расположенный между указанными ее частями размещен в полости газовой топки, внутренние полости труб-реторт со стороны их входных частей сообщены с указанным коллектором, а газогенератор соединен с газовой топкой через циклон очистки низкокалорийного газа, каждая труба-реторта или часть их, на участке, размещенном в полости газовой топки, выполнена в виде секций с внутренним каналом в каждой из них, обращенные друг к другу внешние поверхности стенок смежных секций расположены с образованием между ними открытых к полости топки проходных каналов, внутренние каналы секций сообщены с внутренней полостью трубы-реторты соответственно со стороны входной и выходной частей трубы-реторты, а колосниковая решетка снабжена приводом вращения с регулятором скорости. Привод вращения с регулятором скорости выполнены в виде электромотора-редуктора, связанного с системой управления. Канал вывода дымовых газов расположен в зоне бункера твердого топлива, одна из стенок названного канала сопряжена с наружной стенкой бункера. Канал вывода дымовых газов выполнен в виде винтового объёмного элемента и снабжен теплообменниками. Вал вращения колосниковой решетки выполнен полым для паровоздушного дутья. Корпус газогенератора снабжен пароводяной рубашкой, которая расположена между внешней поверхностью названного корпуса и охватывающей последний обечайкой, при этом пароводяная рубашка снабжена коллектором вывода пара с пароотводящими трубками, одна которых сообщена с внутренней полостью трубы-реторты в зоне ее выходной части. Бункер снабжён питателем-дозатором принудительной подачи твёрдого топлива в трубы-реторты. Продольные оси газовой топки, труб-реторт и газогенератора ориентированы вертикально или/и горизонтально, или наклонены к горизонтали. Изобретение позволяет повысить производительность, снизить материалоемкость теплогазогенератора. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Теплогазогенератор твердого топлива, содержащий газовую топку с каналом вывода дымовых газов, бункер твердого топлива, газогенератор на паровоздушном дутье с колосниковой решеткой и золоприемниками, коллектор отвода высококалорийных газов и трубы-реторты с внутренней полостью в каждой из них, которая со стороны входной части соответствующей трубы-реторты сообщена с бункером, со стороны выходной части - с полостью газогенератора, участок трубы-реторты, расположенный между указанными ее частями, размещен в полости газовой топки, внутренние полости труб-реторт со стороны их входных частей сообщены с указанным коллектором, а газогенератор соединен с газовой топкой через циклон очистки низкокалорийного газа, отличающийся тем, что каждая труба-реторта или часть их на участке, размещенном в полости газовой топки, выполнена в виде секций с внутренним каналом в каждой из них, обращенные друг к другу внешние поверхности стенок смежных секций расположены с образованием между ними открытых к полости топки проходных каналов, внутренние каналы секций сообщены с внутренней полостью трубы-реторты соответственно со стороны входной и выходной частей трубы-реторты, а колосниковая решетка снабжена приводом вращения с регулятором скорости.2. Теплогазогенератор по п.1, отличающийся тем, что привод вращения с регулятором скорости выполнен в виде электромотора-редуктора, связанного с системой управления.3. Теплогазогенератор по п.1, отличающийся тем, что канал вывода дымовых газов расположен в зоне бункера твердого топлива, одна из стенок названного канала сопряжена с наружной стенкой бункера.4. Теплогазогенератор по п.1, отличающийся тем, что канал вывода дымовых газов выполнен в виде винтового объёмного элемента.5. Теплогазогенератор по п.1, отличающийся тем, что канал вывода дымовых газов снабжен теплообменниками.6. Теплогазогенератор по п.1, отличающийся тем, что вал вращения колосниковой решетки выполнен полым для паровоздушного дутья.7. Теплогазогенератор по п.1, отличающийся тем, что корпус газогенератора снабжен пароводяной рубашкой, которая расположена между внешней поверхностью названного корпуса и охватывающей последний обечайкой, при этом пароводяная рубашка снабжена коллектором вывода пара с пароотводящими трубками, одна которых сообщена с внутренней полостью трубы-реторты в зоне ее выходной части.8. Теплогазогенератор по п.1, отличающийся тем, что бункер снабжён питателем-дозатором принудительной подачи твёрдого топлива в трубы-реторты.9. Теплогазогенератор по п.1, отличающийся тем, что продольные оси газовой топки, труб-реторт и газогенератора ориентированы вертикально или/и горизонтально или наклонены к горизонтали.