РЕАКТОР ГАЗИФИКАЦИИ Российский патент 2013 года по МПК C10J3/20 

Реактор газификации относится к области энергетического машиностроения, а именно к способам и устройствам для производства энергоносителей в виде горячей воды, пара и горючего синтез-газа для производства электроэнергии.

Известен «Газогенератор» по патенту RU №2303050 от 29.06.2006, опубл. 20.07.2007, МПК C10J 3/20, F23B 99/00, который содержит камеру горения с зоной сушки и пирогенетического разложения, с зонами сгорания смол, регенерации и очистки генераторного газа, газоходы водяного котла, камеру парогенерации, камеру подогрева и подачи воздуха, при этом газогенератор дополнительно снабжен сепаратором-дымососом, охладителем-стабилизатором газа и камерой подогрева генераторного газа, которые присоединены последовательно между зоной отбора генераторного газа и камерой горения, камера парогенерации соединена с выходом зоны очистки генераторного газа, с входом зоны регенерации и через камеру подогрева атмосферного воздуха с камерой горения.

Но данное устройство не обеспечивает получение газа теплотворной способностью выше 1560 ккал.

Наиболее близким техническим решением является реактор газификации по патенту RU №2360949 «Способ получения синтез-газа и реактор газификации для его осуществления» от 04.08.2008, опубл. 10.07.2009, МПК C10J 3/32, C10J 3/40, C10J 3/68.

Реактор газификации, содержащий котел с двумя концентрично расположенными один в другом внутренним и внешним кожухами, выполненными в виде кольцевых теплообменных рубашек, с газоходом между ними, с лопастным ворошителем сырья и усеченным конусом, зоны первичной газификации и регенерации газов, горелку, колосниковой решеткой фурмы для подачи пара в зону регенерации, крышкой и установленным на ней реверсивным приводом и связанной с ним отсасывающей трубой с трубным разравнивателем, с закрепленным под ним лопастным ворошителем сырья и с установленными на свободном конце трубы фурмами для подачи паров воды из зоны скопления пара в зону первичной газификации сырья.

Но данное устройство обеспечивает двухстадийное получение газа теплотворной способностью не выше 1560 ккал, поскольку снижению калорийности газа способствует и горение излишне вырабатываемого синтез-газа в зоне горения первичной газификации, ввиду того, что в составе синтез-газа уже присутствует большое количество азота, а его горение в этой зоне обуславливает увеличение количества азота, сначала в первичной зоне газификации, а затем и в получаемом синтез-газе. К тому же, горение синтез-газа в первичной зоне поддерживает температуру горения 1500°С для того, чтобы в зоне регенерации поднять до максимально возможной температуры синтеза, в то же время, эта температура способствует началу образования NOx в синтезируемом газе, а при применении полученного газа в газопоршневых электростанциях либо в горелках отопительных систем, где температура горения превышает 1500°С, вырабатывается дополнительное NOx, что приводит к загрязнению окружающей среды.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение теплотворной способности вырабатываемого синтез-газа, без увеличения габаритов установки.

Задача решена за счет реактора газификации, содержащего котел с крышкой, с двумя концентрично расположенными один в другом внутренним и внешним кожухами, выполненными в виде кольцевых теплообменных рубашек, с газоходом между ними, с лопастным ворошителем сырья и усеченным конусом, зоны первичной газификации и регенерации газов, горелку, при этом реактор дополнительно снабжен системой нижнего ворошения, с лопастным ворошителем, расположенным в усеченном конусе, закрепленном в корпусе герметично; теплосъемными водяными стержнями, расположенными в газоходе; зоной синтеза метана, расположенной на входе в газоход; сопло горелки расположено в герметичной полости между стенками конуса и его корпуса; реактор снаружи покрыт теплоизоляционными материалами, а внутренняя поверхность зоны первичной газификации футерована термоизоляционными материалами; реактор дополнительно снабжен воздухозаборной трубой со счетчиком газа и управляемой задвижкой с электроприводом.

Снабжение реактора дополнительной системой нижнего ворошения, с лопастным ворошителем, расположенным в усеченном конусе, закрепленном в корпусе, расположение сопла горелки в полости между стенками конуса и его корпуса, способствует дополнительному равномерному прогреванию реагента в конусе, что увеличивает химический коэффициент выхода горючих газов, без увеличения габаритов самого реактора газификации.

Расположение в газоходе теплосъемных водяных стержней позволяет рационально использовать пространство водяного котла и увеличить площадь теплосъема, без увеличения габаритов самого реактора газификации.

Снабжение реактора дополнительно зоной синтеза метана, расположенной на входе в водяной котел газохода, позволяет повысить теплотворную способность синтез-газа в 1,5-2,5 раза, без увеличения габаритов самого реактора газификации.

Реактор газификации изображен на чертеже, где затвор 1 подачи топлива, крышка 2 реактора, датчики 3 верхнего уровня, датчики 4 нижнего уровня, система 5 верхнего ворошения, мотор-редуктор 6, фурмы 7, топливная камера 8, зона 9 первичной газификации, зона 10 регенерации, подогреваемый конус 11, горелка 12 с соплом, система 13 нижнего ворошения, лопастной ворошитель 14, колосниковая решетка 15, зона 16 синтеза метана, зона 17 синтеза метана, лопасти 18 сброса зольного остатка, мотор 19 редуктора, золоприемник 20, устройство 21 золовыводящее, паровой котел 22, водяной котел 23, водяные стержни 24 теплосъемные, камера 25 подачи пара, камера 26 подогрева воздуха и смешения его с паром, фурмы 27 подачи пара, воздухозаборная труба 28, счетчик 29 газа, задвижка 30 с электроприводом, датчики 31 уровня горячей воды, корпус 32 конуса, теплоизоляционный материал 33 «Корунд», синтез-газ 34 потребителю, газоход 35, горячая вода 36 потребителю, полая труба 37 системы верхнего ворошения.

Реактор газификации выполнен следующим образом.

Реактор содержит котел 23 с двумя концентрично расположенными один в другом внутренним и внешним кожухами, выполненными в виде кольцевых теплообменных рубашек, с газоходом 35 между ними, с лопастным ворошителем сырья 5 и усеченным конусом 11, зону первичной газификации 9 и зону 10 регенерации газов, горелку 12.

Реактор газификации снабжен верхней крышкой 2, с расположенным на ней затвором 1 подачи топлива, и мотор-редуктором 6, системой верхнего ворошения 5, расположенной под крышкой 2 в топливной камере 8.

К крышке прикреплены два дублирующих датчика 3 верхнего уровня топлива разновеликой длины, два дублирующих датчика 4 нижнего уровня топлива, также разновеликой длины.

В реакторе газификации под топливной камерой 8 расположены зоны горения, первичной газификации 9, зоны регенерации 10, расположенной в подогреваемом дымовыми газами от сопла горелки 12 конусе 11.

Фурмы 7 расположены по периметру зоны 9 первичной газификации и на полой трубе 37 системы 5 верхнего ворошения.

Реактор снабжен системой нижнего ворошения 13, содержащей лопастной ворошитель 14, расположенный в усеченном конусе 11, установленном герметично в своем корпусе 32, под конусом расположены колосниковая решетка 15 с мотор-редуктором 19 и лопастями сброса зольного остатка 18, золоприемник 20, золовыводящее устройство 21.

Зона 16 синтеза метана переходит в начале газохода 35 в дополнительную зону синтеза метана 17 и далее потребителю в виде синтез-газа 34.

В герметичную полость, образованную между стенками конуса 11 и его корпуса 32, подведено сопло горелки 12 для подогрева конуса 11 сгорающей газовоздушной смесью.

Водяной котел 23 с двумя концентрично расположенными один в другом внутренним и внешним кожухами, выполненными в виде кольцевых теплообменных рубашек, с газоходом 35 между ними, снабжен: воздухозаборной трубой 28 с расположенным на ней счетчиком газа 29 и автоматически управляемой задвижкой 30 с электроприводом; камерой 25 подачи пара, камерой 26 подогрева воздуха и смешения его с паром, для осуществления паровоздушного дутья через фурмы 7 в зону 9 первичной газификации; фурмами 27 подачи пара в зону 16 синтеза метана.

Водяной котел 23 снабжен дополнительными теплосъемными водяными стержнями 24, размещенными в газоходе 35, и датчиками уровня горячей воды 31.

Для осуществления теплоизоляции наружных поверхностей реактор газификации покрывается теплоизоляционным материалом «Корунд» 33 одним антикоррозионным теплоизоляционным слоем, вторым классическим теплоизоляционным слоем, где каждый 1 мм слоя заменяет 50 мм традиционного теплоизоляционного материала. Внутренняя поверхность первичной зоны газификации футерована термоизоляционными материалами, обеспечивающими теплостойкость до 1800°С.

Реактор газификации работает следующим образом.

Топливо для газификации подается через затвор 1 в топливную камеру и заполняет топливную камеру до срабатывания датчика верхнего уровня топлива 3.

Мотор-редуктор 6, вращающийся по заданному алгоритму, приводит в движение систему 5 верхнего ворошения, которая своими лопастями, от затвора 1 крышки 2 продвигает топливо через топливную камеру горения 8, со скоростью горения топлива.

Когда топливо опускается до датчика нижнего уровня топлива 4, датчик срабатывает и происходит досыпка топлива в топливную камеру, до тех пор, пока не сработает датчик верхнего уровня топлива 3. Топливо проходит через зоны сушки, предварительного подогрева, в зону 9 первичной газификации, куда через фурмы 7 подают паровоздушную смесь.

В свою очередь, атмосферный воздух, необходимый для проведения процесса газификации, подают через воздухозаборную трубу 28. Количество воздуха регулируется счетчиком газа 29, управляющим автоматически задвижкой 30 с электроприводом.

По воздухозаборной трубе 28 воздух поступает в камеру 26 подогрева воздуха и смешивается с паром, поступающим из камеры 25 подачи пара. В свою очередь пар, вырабатываемый в паровом котле 22 через фурмы подачи пара 27, подается в камеру 25 подачи пара. Пар в паровом котле 22 образуется при подаче в него горячей воды, вырабатываемой в водяном котле 23 и регламентируемой датчиком 31 уровня горячей воды.

Топливо, попадая в зону 9 первичной газификации, или иначе зону первичного горения, где окислителем выступает паровоздушная смесь, поступающая из фурм 7, и где в условиях недостатка кислорода, то есть не полного окисления углерода, протекает автотермическая реакция окисления водорода, серы и углерода, температурой, не превышающей 1450°С, что позволяет уменьшить образование оксидов азота.

Зона регенерации 10, находящаяся внутри конуса 11, подогревается дымовыми газами, образующимися при сгорании газовоздушной смеси, полученной из излишков вырабатываемого синтез-газа и сгоревшей в горелке 12, расположенной в полости, находящейся между стеной корпуса 32 и стенкой конуса 11.

Система 13 нижнего ворошения, с мотором-редуктором 19 и лопастным ворошителем 14, перемешивает находящийся в конусе 11 в зоне регенерации 10 газ с золой, откидывая их к подогреваемым стенкам конуса 11, что способствует образовавшейся золе через колосниковую решетку 15 падать на днище парового котла 22, где лопастями 18 она сбрасывается в золоприемник 20 и удаляется золовыводящим устройством 21.

В зоне 10 регенерации реакция протекает с поглощением тепла, в результате чего газ резко охлаждается до температуры 350-500°С, мгновенно проскакивая температуры восстановления токсинов.

Далее, газ, выходя из зоны регенерации 10, попадает в зону 16, обусловленную технологическими параметрами, температурой газа на данном участке, скоростью газа, дополнительным паровым дутьем, где газ резко теряет скорость, до скорости витания частиц размером менее 50 микрон, так как попадает в зону расширения. С потерей скорости температура газа также падает. Недостаток водорода, необходимый для синтеза, подается через паровые фурмы 27 от парового котла 22, в виде пара.

Далее газ, проходя через зону 17, где его температура достигает температуры синтеза метана, а пары воды, образовавшиеся в зоне 16, в свою очередь способствуют поставке водорода для протекания реакции, одновременно очищается от механических примесей.

Тепло, выделяющееся в реакции получения метана, отбирается паровым котлом 22, в который подается часть, нагретой до 90°С в водяном котле 23, воды.

Полученный синтез-газ 34 протягивается на выход, через газоход 35, отдавая тепло кольцевым теплообменным рубашкам водяного котла 23 и теплосъемным водяным стержням 24, позволяющим значительно увеличить площадь теплообмена и, за счет размещения в газоходе 35, сократить размеры реактора газификации. В газоходе 35 газ охлаждается до температуры начала конденсации смол и далее подается на очистку от смоловодяного конденсата.

Полученная из кольцевых теплообменных рубашек водяного котла 23 и теплосъемных водяных стержней 24 горячая вода распределяется следующим образом, часть подается в паровой котел, где догревается до 114,7°С, а основная часть идет на нужды потребителя.

Техническим эффектом является повышение теплотворной способности вырабатываемого синтез-газа, без увеличения габаритов установки, за счет снабжения реактора дополнительно системой нижнего ворошения, с лопастным ворошителем, расположенным в усеченном конусе, закрепленном герметично в корпусе; теплосъемными водяными стержнями, расположенными в газоходе; зоной синтеза метана, расположенной на входе в газоход, расположения сопла горелки в герметичной полости между стенками конуса и его корпуса, а также выполнения наружного покрытия реактора теплоизоляционными материалами, и футеровки внутренней поверхности зоны первичной газификации термоизоляционными материалами.

Реактор газификации может быть использован для производства энергоносителей в виде горячей воды, пара и горючего синтез-газа для производства электроэнергии. Реактор газификации содержит котел 23 с крышкой 2, с двумя концентрично расположенными один в другом внутренними и внешними кожухами, выполненными в виде кольцевых теплообменных рубашек, газоход 35 между ними, лопастной ворошитель сырья 5, усеченный конус 11, зону первичной газификации 9 и регенерации газов 10, горелку 12. Реактор дополнительно снабжен системой нижнего ворошения 13, с лопастным ворошителем 14, расположенным в усеченном конусе 11, закрепленном в корпусе герметично, теплосъемными водяными стержнями 24, расположенными в газоходе 35, зоной синтеза метана 17, расположенной на входе в газоход 35. Сопло горелки 12 расположено в герметичной полости между стенками конуса 11 и его корпуса 32. Реактор снаружи покрыт теплоизоляционными материалами 33, а внутренняя поверхность зоны первичной газификации футерована термоизоляционными материалами. Изобретение позволяет повысить теплотворную способность вырабатываемого синтез-газа без увеличения габаритов установки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Реактор газификации, содержащий котел с крышкой, с двумя концентрично расположенными один в другом внутренним и внешним кожухами, выполненными в виде кольцевых теплообменных рубашек, с газоходом между ними, с лопастным ворошителем сырья и усеченным конусом, зоны первичной газификации и регенерации газов, горелку, отличающийся тем, что реактор дополнительно снабжен системой нижнего ворошения с лопастным ворошителем, расположенным в усеченном конусе, закрепленном в корпусе герметично, теплосъемными водяными стержнями, расположенными в газоходе, зоной синтеза метана, расположенной на входе в газоход, сопло горелки расположено в герметичной полости между стенками конуса и его корпуса, реактор снаружи покрыт теплоизоляционными материалами, а внутренняя поверхность зоны первичной газификации футерована термоизоляционными материалами.

2. Реактор газификации по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен воздухозаборной трубой со счетчиком газа и управляемой задвижкой с электроприводом.