КОМПЛЕКС ГАЗОТЕПЛОЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРНЫЙ Российский патент 2007 года по МПК F22B33/18 C10J3/86 

Комплекс газотеплоэлектрогенераторный относится к энергетике, в частности к альтернативным независимым источникам энергетического снабжения, предназначен для выработки энергоносителей в виде электроэнергии, жидкого топлива и тепла путем утилизации органических отходов.

Известно техническое решение по заявке на изобретение RU №2003100979, МПК 7 F23G 5/00, 13.01.2003, публ. 20.07.2004, «Энерготехнологическая установка на древесных отходах или торфе для выработки моторного топлива и электроэнергии», содержащая металлический реактор с электродами и активатором, отходящий от нее вверх металлический бункер со шлюзовым затвором для загрузки измельченного твердого топлива, присоединенных к ее дну воздухоподводящую трубу и загрузочное устройство для удаления шлака, присоединенное последовательно к верхней боковой части ее корпуса, кондиционер с трубой для извлечения жидкого топлива и нейтрализатор с трубой для отвода газообразного топлива, отличающаяся тем, что она снабжена совмещенной газогенераторной установкой с паровоздушным дутьем на древесных отходах или торфе для выработки генераторного газа и газотурбинной установкой на генераторном газе для выработки электроэнергии.

Данная установка работает в периодическом режиме по циклу «загрузка порции топлива-переработка-получение порции генераторного газа-выгрузка зольного остатка». Периодичность работы установки и ее производительность зависят от площади поперечного сечения в зоне горения и объема топливной камеры.

В данной установке наддув воздуха производят принудительно вентилятором, что приводит к расширению зоны горения и увеличению объема выработки генераторного газа, что приводит к повышению давления в газогенераторе и взрывопожарной опасности, и выбросу генераторного газа в атмосферу, что ухудшает санитарно-экологические нормы.

Очистка газа водой и твердыми фильтрующими элементами увеличивает газодинамические потери, это препятствует выходу всего выработанного генераторного газа, снижает производительность установки, повышает взрывопожароопасность установки и препятствует применению выработанного газа даже в газовых горелках из-за недостаточной степени очистки от твердых и смолистых веществ.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является техническое решение по патенту RU 2174611 С1, МПК 7 F01K 21/04, F01K 13/00, F23B 1/14, 29.08.2000, публик. 10.10.2001, «ЭНЕРГОБЛОК», который применяется для выработки электрической и тепловой энергии.

Энергоблок, включающий оборудование подготовки и подачи топлива, воздуха и воды, подогрева и циркуляции воды и/или теплоносителя, содержит по крайней мере один электрогенератор, один газогенератор в виде полой камеры сгорания.

Изобретение позволяет повысить КПД энергоблока и полезно использовать техническую работоспособность топлива при применении твердого топлива и сгораемых бытовых и производственных отходов с одновременным увеличением доли выработки электроэнергии, снижением вредных газопылевых и тепловых выбросов в атмосферу.

Энергоблок не обеспечивает полное сжигание топлива, оставляя коксовый остаток, так как в газогенераторе топливо подвергается принудительному нагреву, сначала за счет природного газа или жидкого топлива, а затем за счет горючего газа, производимого при термическом разложении в отсутствии кислорода. В данном энергоблоке основная часть горючего газа, полученного в процессе, расходуется на подогрев топлива, и только физическое тепло горючего газа используется для выработки электроэнергии, используя расширительные машины, что приводит к увеличению удельной металлоемкости и низкому КПД. Другая часть горючего газа, расходуемая на обогрев топлива, выбрасывается в атмосферу через дымовую трубу.

Задачей предлагаемого технического решения является создание комплекса, максимально приближенного к потребителю, вырабатывающего энергоносители со стоимостью ниже, чем стоимость энергии, поставляемой РАО ЕЭС в виде электроэнергии, горячей воды и пара, и дополнительно дистиллированной воды и жидкого топлива из органических отходов с минимальным расходом энергии извне и отсутствии вредных выбросов в атмосферу.

Поставленная задача решена за счет того, что комплекс газотеплоэлектрогенераторный содержит загрузочное устройство, газопопоршневую электростанцию, пароводяную установку, накопитель дистиллированной воды и газогенератор с водяным котлом, с камерами горения, подогрева генераторного газа, подогрева атмосферного воздуха, парогенерации и зонами регенерации, очистки генераторного газа, отбора генераторного газа, при этом он дополнительно снабжен сепаратором-дымососом, своим входом соединенным с зоной отбора генераторного газа газогенератора, а выходом - с входом дополнительного охладителя-стабилизатора, к выходам которого присоединены входы газопопоршневой электростанции, пароводяной установки и через накопитель дистиллированной воды - камера парогенерации и водяной котел, а через камеру подогрева генераторного газа - камера горения газогенератора

Снабжение газогенератора дополнительным сепаратором-дымососом, который присоединен последовательно между зоной отбора генераторного газа и стабилизатором-охладителем, позволяет создавать тягу, которая обеспечивает разрежение в расположенных в газогенераторе последовательно камер и зон, всасывание атмосферного воздуха в зону горения, протягивание инертных газов через регенерирующий слой, обеспечивая регенерацию газа, а также отбор газа после очистки в камере очистки и охлаждения в водяном котле.

При этом в предлагаемом комплексе остается несгораемых отходов 2-6%, в отличие от аналогов, где этот остаток составляет до 60% от загружаемого топлива.

Кроме создания тяги во всей системе газогенератора, дымосос-сепаратор обеспечивает сепарацию отобранного генераторного газа от жидкого топлива и создание компрессии для подачи в стабилизатор-охладитель и через него потребителю.

В этом случае отпадает необходимость сооружения мощных металлоемких очистительных сооружений для доочистки генераторного газа от смол перед подачей в газопоршневую электростанцию и потребителю.

Размещение непосредственно перед водяным котлом дополнительной зоны очистки генераторного газа в газогенераторе позволяет очищать поступающий из зоны регенерации газ до подачи в газоходы водяного котла, что продляет межремонтный период работы комплекса.

Соединение водяного котла и зоны отбора генераторного газа в газогенераторе позволяет, с одной стороны, остудить, за счет подачи холодной воды в котел, генераторный газ до необходимой температуры перед подачей в сепаратор на дальнейшую очистку от смолистых веществ, с другой стороны, нагреть воду до 90°С, которая поступает потребителю.

Наличие в схеме стабилизатора-охладителя позволяет остудить газ с осаждением водяного конденсата, который используется в виде охладителя как в самом стабилизаторе-охладителе, так и в водяном котле, до температуры, необходимой для подачи потребителю на газопоршневую электростанцию для выработки электроэнергии и к пароводяному котлу для выработки теплоносителя в виде пара.

Подача конденсата в виде охлажденной дистиллированной воды в водяной котел газогенератора позволяет использовать внешний источник холодной воды только при запуске комплекса в работу, а потом работать по замкнутому циклу, при этом для труб котла и всего комплекса не надо применять смягчающие химические реагенты, что приводит тоже к увеличению межремонтного периода.

Соединение камеры парогенерации с выходом зоны очистки генераторного газа, с входом зоны регенерации, с камерой подогрева и подачи воздуха и через камеру подогрева атмосферного воздуха с камерой горения позволяет нагреть за счет утилизации физического тепла генераторного газа атмосферный воздух для подачи в зону горения и создать пар для подачи в зону регенерации, что повышает КПД всего газогенератора до 87%.

Подача генераторного газа от охладителя обратно в зону горения для поддержания в автоматическом режиме температуры горения, его подогрев в камере подогрева генераторного газа дает возможность поддерживать оптимальную температуру в зоне горения и позволяет получать генераторный газ однородным по химическому составу с максимальным коэффициентом газификации, т.е. получать максимальное КПД газификации.

Газогенератор имеет автоматизированное загрузочное устройство, что позволяет комплексу работать в непрерывном режиме.

Благодаря оснащению комплекса дополнительно дымососом-сепаратором и создаваемого им разрежения в газогенераторе и всасывании атмосферного воздуха в зону горения, конструкция обеспечивает взрывопожаробезопасность при эксплуатации.

Подача выхлопных газов от газопоршневой электростанции через камеру подогрева генераторного газа в камеру горения позволяет комплексу быть экологически чистым.

Технический результат предлагаемого технического решения комплекса состоит в том, что вырабатываемый горючий газ производится при сжигании самого органического топлива при неполном кислородном окислении, не используя при этом дополнительного топлива, а производимый горючий газ остуженный и очищенный подается в газопоршневые электростанции для выработки электроэнергии, тепло, полученное при остужения горючего газа в виде теплоносителя воды 90°С, используется для обогрева помещений или для технологических нужд предприятия, этим повышая КПД установки до 87% и значительно снижая удельную металлоемкость. Топливо в комплексе сжигается полностью, не оставляя коксового остатка. Зольный остаток выводится из газогенератора в автоматическом режиме. Комплекс в окружающую среду никаких выбросов не делает.

На чертеже дана блок-схема комплекса газотеплоэлектрогенераторного, который содержит газогенератор 1, сепаратор-дымосос 2, накопитель жидкого топлива 3, охладитель-стабилизатор 4, накопитель дистиллированной воды 5, газопопоршневую электростанцию 6, пароводяной котел 7 и потребитель пара 8, источник холодной воды 9, загрузочное устройство 10, потребитель электроэнергии 11, атмосферный воздух 12.

Газогенератор 1 содержит камеру 13 горения с камерой 14 подогрева генераторного газа и камерой 15 подогрева атмосферного воздуха; зону 16 регенерации, зону 17 очистки генераторного газа с камерой 18 парогенерации; водяной котел 19, зону 20 отбора генераторного газа, потребитель горячей воды 21.

Комплекс выполнен следующим образом.

Сепаратор-дымосос 2 входом соединен с выходом зоны 20 отбора генераторного газа газогенератора 1 с входом накопителя жидкого топлива 3 и входом охладителя-стабилизатора газа 4.

Выходы охладителя-стабилизатора газа 4 соединены с водяным котлом 19, через камеру подогрева генераторного газа 14 с камерой горения 13 генератора 1, с газопопоршневой электростанциией 6 и пароводяным котлом 7.

Выход газопопоршневой электростанции 6 соединен с зоной регенерации 16 генератора 1, или через камеру подогрева генераторного газа с камерой горения 13.

Вход водяного котла 19 соединен с источником холодной воды 9 и через него с выходом накопителя дистиллированной воды 11, а выход котла 19 - с накопителем 10 горячей воды и через камеру 15 подогрева атмосферного воздуха, соединенной с атмосферным воздухом 12, - с входом камеры 13 горения газогенератора 1.

В газогенераторе 1 зона 16 регенерации выходом соединена через зону 17 очистки генераторного газа и камеру 18 парогенерации со своим входом.

Комплекс газотеплоэлектрогенераторный работает следующим образом.

Топливо через автоматическую загрузку 10 попадает в газогенератор 1, где оно проходит зоны сушки, пирогенетического разложения (не показаны), поступает в камеру 13 горения, где и происходит химико-термическое разложение топлива на газовые составляющие при недостаточном окислении кислородом атмосферного воздуха 12, который дозировано подают через камеру 15 подогрева воздуха.

Сепаратор-дымосос 2, соединенный с выходом зоны 20 отбора генераторного газа газогенератора 1, создает тягу, которая обеспечивает разрежение в расположенных в нем последовательно камерах и зонах, всасывание атмосферного воздуха в камеру горения, протягивание инертных газов через регенерирующий слой зоны 16 регенерации, обеспечивая регенерацию газа, а также отбор газа из зоны 20 после очистки в камере очистки 17 и охлаждения в водяном котле газогенератора, в котором газ, отдавая свое физическое тепло воде, циркулирующей в водяном котле 19, нагревает ее до 90°С для потребителя.

В камере 18 парогенерации газ нагревает воду до образования пара, который подается в зону 16 регенерации, для протекании реакции водяного пара.

Кроме создания тяги во всей системе газогенератора 1, дымосос-сепаратор 2 обеспечивает сепарацию отобранного генераторного газа от смолистых остатков в виде жидкого топлива и создание компрессии для подачи в охладитель-стабилизатор 4.

В сепараторе-дымососе 2 происходит разделение генераторного газа на жидкое топливо, полученное в результате очистки газа от несгоревших смоляных остатков топлива, и очищенного газа, пригодного для подачи через охладитель-стабилизатор 4, где генераторный газ стабилизируется по своим газодинамическим параметрам и охлаждается с осаждением водного конденсата, который подается в накопитель дистиллированной воды 5, и подается в водяной котел 19 газогенератора 1 к газопоршневой электростанции и пароводяному котлу, а также через камеру подогрева генераторного газа 14 - в камеру горения 13 вместе с выхлопными газами от газопоршневой электростанции 6 для обеспечения стабильных параметров горения топлива.

Произведенный генераторный газ имеет степень очистки от механических примесей до 10 мк. 95%; от смол менее 50 мг на 1 м³. Имея вышеуказанную степень очистки, генераторный газ пригоден для работы в виде топлива в газопоршневой электростанции 6 и в пароводяной котле 7, а полученная электроэнергия и теплоноситель подаются потребителю соответственно 11 и 8.

Техническим результатом предложенного технического решения является создание комплекса, максимально приближенного к потребителю, за счет рационального использования тепла сжигаемого топлива, вырабатывающего энергоносители в виде электроэнергии, горячей воды и пара, и дополнительно дистиллированной воды и жидкого топлива из органических отходов, с минимальным расходом энергии извне и вредных выбросов в атмосферу, с КПД не ниже 87%.

Изобретение предназначено для выработки энергоносителей в виде электроэнергии, жидкого топлива и тепла и может быть использовано в энергетике. Комплекс содержит загрузочное устройство, газопоршневую электростанцию, пароводяную установку, накопитель дистиллированной воды и газогенератор с водяным котлом, с камерами горения, подогрева генераторного газа, подогрева атмосферного воздуха, парогенерации и зонами регенерации, очистки генераторного газа, отбора генераторного газа. Также комплекс снабжен сепаратором-дымососом, своим входом соединенным с зоной отбора генераторного газа газогенератора, а выходом - с входом дополнительного охладителя-стабилизатора, к выходам которого присоединены входы газопоршневой электростанции, пароводяной установки и через накопитель дистиллированной воды - камера парогенерации и водяной котел, а через камеру подогрева генераторного газа - камера горения газогенератора. Изобретение обеспечивает рациональное использование тепла сжигаемого топлива с минимальным расходом энергии извне и вредных выбросов в атмосферу. 1 ил.

Комплекс газотеплоэлектрогенераторный содержит загрузочное устройство, газопоршневую электростанцию, пароводяную установку, накопитель дистиллированной воды и газогенератор с водяным котлом, с камерами горения, подогрева генераторного газа, подогрева атмосферного воздуха, парогенерации и зонами регенерации, очистки генераторного газа, отбора генераторного газа, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен сепаратором-дымососом, своим входом соединенным с зоной отбора генераторного газа газогенератора, а выходом - с входом дополнительного охладителя-стабилизатора, к выходам которого присоединены входы газопоршневой электростанции, пароводяной установки и через накопитель дистиллированной воды - камера парогенерации и водяной котел, а через камеру подогрева генераторного газа - камера горения газогенератора.