ГАЗОГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2005 года по МПК F23B1/14 

Изобретение относится к энергетике и, в частности, к газогенераторным установкам.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемой является газогенераторная установка, содержащая газогенераторную топку, связанную газоходной трубой с теплообменником, имеющим входной патрубок для подвода воды, при этом топка образована вертикальным корпусом шахтного типа, имеющим нижнюю секцию, ограничивающую зону горения и газификации, среднюю секцию, ограничивающую зону пиролиза, и верхнюю секцию, ограничивающую зону подсушки и имеющую бункер для загрузки топлива, при этом нижняя секция ограничена наружной цилиндрической секцией, в полости которой установлена колосниковая решетка, а в боковой части которой установлены короба для размещения дверцы зольника и дверцы топки, средняя секция образована наружной и внутренней цилиндрическими стенками, ограничивающими водяную рубашку, верхняя секция ограничена наружной цилиндрической стенкой и связана с бункером для загрузки топлива, а в среднюю секцию с одной стороны выведена газоходная труба, при этом внутренняя стенка нижней секции образована нижним цилиндрическим участком, концентричным наружной стенке, а между сопряженными торцами верхней и нижней секций установлен плоский кольцевой фланец (см., например, патент РФ №2168668 по кл. F 22 В 33/18 от 1999 г.).

Однако известная установка обладает тем недостатком, что генераторный газ при выходе из газогенератора увлекает за собой мелкие механические частицы топлива и продуктов его сгорания, которые, попадая затем с газом в водяной теплообменник, осаждаются на элементах охлаждения (трубках), снижая этим энергетическую эффективность теплообменника и уменьшая ресурс его работы до очистки.

Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая установка, является повышение ее эффективности благодаря тому, что обеспечивается очистка генераторного газа на выходе из газогенератора за счет установки насадки и козырька в средней зоне и фильтра на выходе из газоходной трубы.

Для достижения указанного технического результата известная газогенераторная установка, содержащая газогенераторную топку, связанную газоходной трубой с теплообменником, имеющим входной патрубок для подвода воды, при этом топка образована вертикальным корпусом шахтного типа, имеющим нижнюю секцию, ограничивающую зону горения и газификации, среднюю секцию, ограничивающую зону пиролиза, и верхнюю секцию, ограничивающую зону подсушки топлива и имеющую бункер для загрузки топлива, при этом нижняя секция ограничена наружной цилиндрической стенкой, в полости которой установлена колосниковая решетка, а в боковой части короба для размещения дверцы зольника и дверцы топки средняя секция образована наружной и внутренней цилиндрическими стенками, ограничивающими водяную рубашку, верхняя секция ограничена наружной цилиндрической стенкой и связана с бункером для загрузки топлива, а в среднюю секцию с одной стороны выведена газоходная труба, при этом внутренняя стенка нижней секции образована нижним цилиндрическим участком, концентричным наружной стенке, а между сопряженными торцами верхней и нижней секций установлен плоский кольцевой фланец, снабжена цилиндрической насадкой, установленной на нижнем внутреннем участке верхней секции, и козырьком для направления потока генераторного газа, расположенным под насадкой, при этом наружная поверхность насадки ограничивает с внутренней стенкой средней секции камеру для сбора генераторного газа, а козырек, приваренный к плоскому кольцевому фланцу, расположенному между сопряженными торцами нижней и средней секциями, образован окружной стенкой, наклоненной относительно фланца под углом α, равным 25-40° в сторону оси топки и имеющей окружной участок длиной L₁ постоянной высоты, расположенный с вертикальным зазором относительно насадки, и другой участок уменьшающейся высоты от участка постоянной высоты к концам стенки, а газоходная труба образована входной секцией шириной L₂, напротив которой расположен участок постоянной высоты наклонной стенки козырька, промежуточной секцией, связанной одним концом с входной секцией, а другим концом с выходной секцией, отогнутой вниз и имеющей сужающийся конец, пропущенный через окно приемной трубы теплообменника, а отношение величины L₁ к величине L₂ составляет 1,2-1,4, фильтром для отделения грязевых частиц от генераторного газа, состоящим из верхнего и нижнего кольцевых оснований, в крайних окружных участках которых установлены шпильки, на которых через мерные прокладки смонтированы тонкостенные чашеобразные элементы с горизонтальными частями, имеющими отверстия для прохода шпилек, а верхнее основание и прилегающие к нему чашеобразные элементы имеют внутренние отверстия значительного диаметра для входа неочищенного генераторного газа, а в верхнем основании выполнена цилиндрическая стенка, образующая центрирующий поясок для фланца, который установлен на сужающемся конце выходной секции газоходной трубы, при этом нижнее основание имеет вертикальное отверстие значительного диаметра, ограниченное окружной стенкой, к которой примыкает окружная наклонная стенка, на которой установлен своей внутренней поверхностью полый вертикальный конический элемент, обращенный вершиной вверх и определяющий проходное сечение внутренней полости фильтра по высоте, а между другой окружной стенкой и наружной поверхностью конического элемента расположены вытянутые в окружном направлении отверстия, разделенные перегородкой, а нижнее основание сцентрировано в пластине, расположенной между торцами приемной трубы и пылесборника и закреплено крепежными элементами в пластине, имеющей отверстия, связывающие полости пылесборника и приемной трубы, и устройством подачи вторичного воздуха для сжигания генераторного газа перед теплообменником, содержащим соосные горизонтальные трубы с фланцами, установленные в отверстиях приемной трубы, и установленную в концах этих труб фиксируемую относительно этих труб штифтами распределительную трубу, в которую введены концы приваренных к ней концентричных полукольцевых труб с отверстиями для выхода вторичного воздуха в полость сгорания генераторного газа в приемной трубе, а снаружи приемной трубы закреплены фланцевые опоры, каждая из которых охватывает выступающий конец соответствующей горизонтальной трубы, фланец которой прикреплен к этой опоре, а на фланце закреплен патрубок с заслонкой, регулирующей количество подаваемого воздуха, а промежуточная секция газоходной трубы выполнена с водяной рубашкой, связанной подводящей магистралью с полостью водяной рубашки средней секции, а отводящей магистралью - с полостью водяной рубашки верхней секции, и отводящая магистраль водяной рубашки промежуточной секции газоходной трубы связана с полостью всасывания водяного насоса.

На фиг.1 изображен общий вид газогенераторной установки.

На фиг.2 изображен фрагмент фиг.1 с насадкой и козырьком.

На фиг.3 изображено сечение А-А фиг.1.

На фиг.4 изображен фильтр очистки генераторного газа.

На фиг.5 изображено устройство подачи вторичного воздуха для сжигания генераторного газа.

Газогенераторная установка состоит из газогенераторной топки 1, теплообменника 2 и соединяющей их газоходной трубы 3.

Топка образована вертикальным корпусом шахтного типа, имеющим нижнюю секцию, ограничивающую зону горения и газификации, среднюю секцию, ограничивающую зону пиролиза, и верхнюю секцию, ограничивающую зону подсушки топлива и имеющую бункер для загрузки топлива. Нижняя секция имеет установленное на ножках 4 днище 5. На днище закреплен цилиндрический вертикальный участок 6 наружной стенки и концентричный ему нижний цилиндрический вертикальный участок 7 внутренней стенки, ограничивающий с участком 6 полость А водяной рубашки. В камере корпуса, ограниченной стенкой 7, установлена колосниковая решетка, опирающаяся на кронштейны 8, наружные концы которых прикреплены к стенке 7, а внутренние концы - к гильзе 9. С одной стороны нижней секции корпуса расположен короб 10 для установки дверцы 11 зольника, а с другой стороны - патрубок 12 для подвода сетевой воды.

На нижнем внутреннем участке верхней секции установлена цилиндрическая насадка 13, наружная поверхность которой ограничивает с внутренней стороны средней секции камеру Б для сбора генераторного газа. Под насадкой установлен козырек 14, приваренный к плоскому кольцевому фланцу 15, расположенному между сопряженными торцами нижней и средней секций. Козырек образован окружной наклонной стенкой, наклоненной относительно фланца 15 в сторону оси топки под углом α, равным 25-40°. Наклонная стенка имеет окружной участок 16 длиной L₁ постоянной высоты и другой участок, высота которого постепенно уменьшается от участка 16 к концам стенки. Участок 16 установлен с вертикальным зазором относительно насадки 13. Общая протяженность козырька составляет 180°.

Стенки 17 и 18 средней секции ограничивает полость В водяной рубашки, связанной с полостью А. Стенки 19 и 20 верхней секции ограничивают полость Г водяной рубашки, связанной с полостью В. Верхний участок нижней секции имеет часть, прилегающую к коробу дверцы топки 21, и часть, сопряженную с входной секцией газоходной трубы 3. С входной секцией газоходной трубы 3 шириной L₂, напротив которой расположен участок постоянной высоты наклонной стенки козырька, связан один конец промежуточной секции газоходной трубы 3, имеющий рубашку охлаждения 22. Рубашка охлаждения магистралью 23 связана с полостью В, а магистралью 24 - с полостью Г или со всасывающей полостью водяного насоса. Другой конец промежуточной секции связан с входной секцией трубы 25 теплообменника. Выходная секция газоходной трубы 3 выведена своим суживающимся концом 26 в верхнее основание фильтра (сепаратора инерционного типа) для отделения грязевых частиц.

Отношение величины L₁ к величине L₂ составляет 1,2-1,4. Это отношение является оптимальным, поскольку при его величине, меньшей 1,2, козырек не будет обеспечивать направление потока в камеру Б, а при величине, большей 1,4, будет увеличиваться сопротивление движению потока газов.

Фильтр (фиг.4) состоит из верхнего и нижнего кольцевых оснований 27 и 28, в крайних окружных участках которых установлены шпильки 29. На шпильках через мерные прокладки 30 смонтированы тонкостенные чашеобразные элементы 31 с горизонтальными частями, в которых выполнены отверстия под шпильки 29. Толщина прокладок 30 определяет величину зазоров (щелей) между элементами 31 для прохода генераторного газа из фильтра в приемную трубу теплообменника. Верхнее основание и его чашеобразные элементы 31 имеют внутренние отверстия значительного диаметра для входа неочищенного генераторного газа. Верхнее основание имеет цилиндрическую стенку 32, образующую центрирующий поясок для установки фильтра во фланце 33 выходной секции газоходной трубы. Нижнее основание имеет вертикальное отверстие значительного диаметра, ограниченное окружной стенкой 34, к которой примыкает окружная наклонная стенка 35, на которой установлена внутренняя поверхность полого вертикального конического элемента 36, обращенного вершиной вверх и определяющего проходное сечение внутренней полости фильтра по его высоте, и, соответственно, скорость прохождения генераторного газа по высоте фильтра. Между наружной поверхностью конического элемента 36 и окружной стенкой 37 расположены вытянутые в окружном направлении пазы 38, разделенные перегородками. Эти отверстия служат для отвода грязевых частиц в пылесборник 39. Внутренние отверстия верхнего основания, чашеобразных элементов и наружный диаметр 38 нижнего основания имеют равные размеры. Фильтр своим нижним основанием центрируется в пластине 40, расположенной между торцами приемной трубы и пылесборника, и фиксируется в вертикальном направлении с помощью крепежных элементов 41.

Пластина 40 имеет отверстия 42, связывающие полости пылесборника и приемной трубы.

Установка имеет устройство подачи вторичного воздуха для сжигания генераторного газа перед теплообменником при использовании ее в составе теплофикационной котельной. При использовании установки в составе теплоэлектростанции с выработкой электрического тока, в которой генераторный газ является топливом для двигатель-генератора, устройство подачи вторичного воздуха не устанавливается. Устройство (фиг.5) содержит соосные горизонтальные трубы 43 и 44 с фланцами, установленные в отверстия приемной трубы 26. В концы этих труб вставлена распределительная труба 45, фиксируемая относительно них штифтами 46. В трубу 45 введены концы приваренных к ней концентричных полукольцевых труб 47. Трубы 47 имеют отверстия 48 для выхода вторичного воздуха в полость сгорания генераторного газа в приемной трубе теплообменника. Трубы 43 и 44 имеют фланцевые опоры 49, закрепляемые снаружи приемной трубы 26. К опоре 49 болтами 50 прикреплен фланец 51 трубы 43 для крепления патрубка 52 с заслонкой 53, регулирующей количество подаваемого вторичного воздуха.

Газогенераторная установка работает следующим образом. Древесные отходы (куски древесины длиной до 0,5 м, щепа, опилки, кора) загружают в бункер установки. Под действием силы тяжести древесные отходы постепенно, по мере их сгорания в газогенераторе, опускаются вниз, проходя через верхнюю секцию установки (зона подсушки древесных отходов), среднюю секцию (зона пиролиза) и нижнюю секцию (зона горения и газификации). Пространство топки находится под разрежением за счет естественной тяги, создаваемой дымовой трубой, или за счет работы дымососа, или за счет разрежения на всасывании газового двигателя внутреннего сгорания. Воздух (первичный) для обеспечения указанных выше процессов подается в газогенератор через дверцу зольника снизу вверх и частично проходит через неплотности крышки бункера сверху вниз. В зоне сушки, благодаря наличию водяной рубашки, температура воды в которой составляет 80-100°С, из топлива удаляется основная масса влаги. В зоне пиролиза из подсушенного топлива активно выделяются летучие в виде газов и смол и удаляется оставшаяся вода. В зоне горения и газификации образуется генераторный газ. Козырек 14 направляет генераторный газ вверх так, что он не уходит сразу в газоходную трубу 3 узким потоком, а поднимается вверх в кольцевую объемную, свободную от топлива, полость Б (успокоитель газа). За счет снижения скорости выхода газа из активной зоны газогенератора (из топлива) и поворота газа для выхода в газоходную трубу уменьшается унос частиц топлива и сажи из газогенератора. Из газоходной трубы генераторный газ поступает в верхнее основание 27 фильтра. В инерционно-щелевом фильтре поток газа поворачивается на 135°С, проходит через щели между элементами 31 и уходит в полость трубы 26 теплообменника к устройству подачи вторичного воздуха. Конический элемент 36 способствует выравниванию скорости газа по длине фильтра, усреднению условий работы каждой из щелей фальтра и, тем самым, повышению эффективности работы фильтра в целом. Грязевые частицы по инерции поступают в пылесборник 39 через пазы 38. Газ, поступивший с грязевыми частицами в пылесборник, выходит в полость трубы 26 через отверстия 42 пластины 40. Вторичный воздух для сжигания генераторного газа перед теплообменником подается через патрубок 52, трубы 43, 45, 47 и мерные отверстия 48 труб 45 и 47. Количество вторичного воздуха в зависимости от режима работы устройства (газогенераторной установки) регулируется заслонками 53. Сгоревший генераторный газ отдает свою теплоту воде теплообменника.

Изобретение относится к энергетике и, в частности, к газогенераторным установкам. Газогенераторная установка содержит газогенераторную топку, связанную газоходной трубой с теплообменником. Топка образована вертикальным корпусом шахтного типа, имеющим нижнюю секцию, ограничивающую зону горения и газификации, среднюю секцию, ограничивающую зону пиролиза, и верхнюю секцию, ограничивающую зону подсушки топлива и имеющую бункер для загрузки топлива. Установка имеет цилиндрическую насадку, установленную на нижнем внутреннем участке верхней секции, и козырек для направления потока генераторного газа, расположенный под насадкой. В состав газогенераторной установки входит фильтр для отделения грязевых частиц от генераторного газа, устройство для подачи вторичного воздуха для сжигания генераторного газа перед теплообменником, при этом промежуточная секция газоходной трубы выполнена с водяной рубашкой, связанной подводящей магистралью с полостью водяной рубашки верхней секции, что обеспечивает повышение эффективности очистки генераторного газа. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Газогенераторная установка, содержащая газогенераторную топку, связанную газоходной трубой с теплообменником, имеющим входной патрубок для подвода воды, при этом топка образована вертикальным корпусом шахтного типа, имеющим нижнюю секцию, ограничивающую зону горения и газификации, среднюю секцию, ограничивающую зону пиролиза, и верхнюю секцию, ограничивающую зону подсушки топлива и имеющую бункер для загрузки топлива, при этом нижняя секция ограничена наружной цилиндрической стенкой, в полости которой установлена колосниковая решетка, а в боковой части короба для размещения дверцы зольника и дверцы топки средняя секция образована наружной и внутренней цилиндрическими секциями, ограничивающими водяную рубашку, верхняя секция ограничена наружной цилиндрической стенкой и связана с бункером для загрузки топлива, а в среднюю секцию с одной стороны выведена газоходная труба, при этом внутренняя стенка нижней секции образована нижним цилиндрическим участком, концентричным наружной стенке, а между сопряженными торцами верхней и нижней секций установлен плоский кольцевой фланец, отличающаяся тем, что она снабжена цилиндрической насадкой, установленной на нижнем внутреннем участке верхней секции, и козырьком для направления потока генераторного газа, расположенным под насадкой, при этом наружная поверхность насадки ограничивает с внутренней стенкой средней секции камеру для сбора генераторного газа, а козырек, приваренный к плоскому кольцевому фланцу, расположенному между сопряженными торцами нижней и средней секций, образован окружной стенкой, наклоненной относительно фланца под углом α, равным 25-40°, в сторону оси топки и имеющей окружной участок длиной L₁ постоянной высоты, расположенный с вертикальным зазором относительно насадки, и другой участок уменьшающейся высоты от участка постоянной высоты к концам стенки, а газоходная труба образована входной секцией шириной L₂, напротив которой расположен участок постоянной высоты наклонной стенки козырька, промежуточной секцией, связанной одним концом с входной секцией, а другим концом с выходной секцией, отогнутой вниз и имеющей сужающийся конец, пропущенный через окно приемной трубы теплообменника, а отношение величины L₁ к величине L₂ составляет 1,2-1,4.2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена фильтром для отделения грязевых частиц от генераторного газа, состоящим из верхнего и нижнего кольцевых оснований, в крайних окружных участках которых установлены шпильки, на которых через мерные прокладки смонтированы тонкостенные чашеобразные элементы с горизонтальными частями, имеющими отверстия для прохода шпилек, а верхнее основание и прилегающие к нему чашеобразные элементы имеют внутренние отверстия значительного диаметра для входа неочищенного генераторного газа, а в верхнем основании выполнена цилиндрическая стенка, образующая центрирующий поясок для фланца, который установлен на сужающемся конце выходной секции газоходной трубы, при этом нижнее основание имеет вертикальное отверстие значительного диаметра, ограниченное окружной стенкой, к которой примыкает окружная наклонная стенка, на которой установлен своей внутренней поверхностью полый вертикальный конический элемент, обращенный вершиной вверх и определяющий проходное сечение внутренней полости фильтра по высоте, а между другой окружной стенкой и наружной поверхностью конического элемента расположены вытянутые в окружном направлении отверстия, разделенные перегородкой, а нижнее основание сцентрировано в пластине, расположенной между торцами приемной трубы и пылесборника и закреплено крепежными элементами в пластине, имеющей отверстия, связывающие полости пылесборника и приемной трубы.3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена устройством подачи вторичного воздуха для сжигания генераторного газа перед теплообменником, содержащим соосные горизонтальные трубы с фланцами, установленные в отверстиях приемной трубы, и установленную в концах этих труб фиксируемую относительно этих труб штифтами распределительную трубу, в которую введены концы приваренных к ней концентричных полукольцевых труб с отверстиями для выхода вторичного воздуха в полость сгорания генераторного газа в приемной трубе, а снаружи приемной трубы закреплены фланцевые опоры, каждая из которых охватывает выступающий конец соответствующей горизонтальной трубы, фланец которой прикреплен к этой опоре, а на фланце закреплен патрубок с заслонкой, регулирующей количество подаваемого воздуха.4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что промежуточная секция газоходной трубы выполнена с водяной рубашкой, связанной подводящей магистралью с полостью водяной рубашки средней секции, а отводящей магистралью - с полостью водяной рубашки верхней секции.5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что отводящая магистраль водяной рубашки промежуточной секции газоходной трубы связана с полостью всасывания водяного насоса.