УСТАНОВКА ГАЗИФИКАЦИИ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА Российский патент 2014 года по МПК C10J3/20 

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в устройствах для газификации твердого топлива. Наиболее близким техническим решением является газификатор твердого топлива, многоступенчатый, содержащий устройство для загрузки твердого топлива и поджига, стабилизации и формирования послойной структуры зон горения, в первой ступени в виде одной горелки, а во второй ступени в виде двух горелок, соединенных с кольцевым коллектором, выполненным в виде секций. Каждая ступень газификатора снабжена устройством для подвода пара в виде коллектора, установленным ниже устройства для поджига и стабилизации горения, окислителя и (или) воздуха, вывода синтез-газа через патрубок и шлака и золы.

(Патент РФ №2315083, М.кл. C10J 3/20, 2006 г.)

Недостатками известного устройства являются:

- снижение производительности и эффективности газификатора из-за увеличенного расхода окислителя и пара вследствие неравномерности подачи окислителя, пара в пристеночный и осевой слои топлива;

- циклические тепловые нагрузки в процессе газификации приводят к растрескиванию футеровки корпуса газификатора;

- внутренняя незащищенность корпусов устройства отвода шлака и газа и разгрузочной камеры от тепловых воздействий приводит к их повреждению и разрушению.

Задачей предлагаемого изобретения является:

повышение производительности установки и эффективности газификации твердого топлива за счет улучшения равномерности подвода окислителя и пара в слои топлива и надежной защиты корпусов газификатора, разгрузочной камеры, устройств отвода газа и шлака от теплового повреждения и разрушения

Поставленная задача достигается тем, что в установке газификации твердого топлива, включающей газификатор, устройства загрузки топлива, поджига и формирования зоны горения, подвода окислителя, вывода газа и выгрузки шлака, новым является то, что газификатор выполнен с кожухом с двумя сквозными отверстиями с установленными штуцерами подачи охлаждающей воды во внутреннее пространство между корпусом и кожухом, устройство загрузки твердого топлива, установленное в центре первого сквозного отверстия крышки газификатора, выполнено в виде вертикального патрубка, соединенного с клапаном двойной загрузки, состоящего из корпуса с двумя противовесами и заслонками, установленными одна над другой, клапан соединен со шнековым дозатором, с электродвигателем и частотным преобразователем, устройство для подвода окислителя, выполненное в виде последовательно соединенных дутьевого вентилятора, блока озонирования воздуха, состоящего из обечайки со сквозным отверстием для ввода электродов в виде двух плоских металлических пластин, на поверхности которых выполнены отверстия с резьбой 3-5 мм, расположенные на каждой пластине в шахматном порядке с установленными винтами длиной 12-15 мм и конусообразной нижней частью, длиной 6-8 мм, в межэлектродном пространстве винты расположены друг против друга, при этом пластины установлены параллельно вдоль продольной оси обечайки и соединены с высоковольтными проводами, закрепленными внутри электроизоляционного диска, установленного на обечайке, причем провода при помощи муфты подключены к высоковольтному источнику тока, блок озонирования последовательно соединен с общим воздуховодом и с четырьмя параллельными воздуховодными ветвями, первая воздуховодная ветвь выполнена в виде патрубка, установленного во втором сквозном отверстии крышки газификатора и при помощи фланцев соединенного воздуховодом, регулирующей заслонкой и общим воздуховодом, вторая воздуховодная ветвь выполнена в виде последовательно соединенных регулирующей заслонки, кольца, установленного вокруг кожуха газификатора под устройством поджига, и воздушной многосопельной форсунки, установленной внутри газификатора с двумя сальниковыми уплотнениями, третья воздуховодная ветвь выполнена в виде последовательно соединенных регулирующей заслонки, кольца, установленного вокруг кожуха газификатора под второй ветвью, и воздушной многосопельной форсунки, установленной внутри газификатора с поворотом относительно форсунки второй ветви на 60° вокруг оси газификатора и оснащенной двумя сальниковыми уплотнениями, четвертая воздуховодная ветвь выполнена в виде последовательно соединенных регулирующей заслонки, кольца, установленного вокруг кожуха газификатора под третьей ветвью, и воздушной многосопельной форсунки, установленной внутри газификатора с поворотом относительно форсунки третьей ветви на 60° вокруг оси газификатора и оснащенной двумя сальниковыми уплотнениями, каждая воздушная многосопельная форсунка выполнена в виде трубы с кожухом, пространство между внутренней поверхностью кожуха и внешней поверхностью трубы заполнено проточной охлаждающей водой, внизу и вверху кожуха выполнены отверстия для входного и выходного штуцеров подачи воды, в нижней части трубы в одной плоскости под углом 45° к вертикальной оси выполнены по два сопла в виде полых усеченных конусов с выходными отверстиями диаметром каждое 5-10 мм и с расстоянием между каждыми двумя соплами, равное диаметру трубы, между воздушными многосопельными форсунками второй и третьей ветвей, воздушными многосопельными форсунками третьей и четвертой ветвей, под воздушной многосопельной форсункой четвертой воздуховодной ветви установлены устройства подачи пара вовнутрь газификатора, каждое из которых выполнено в виде паропровода с вентилем, соединенного с паровой многосопельной форсункой, которая установлена внутри газификатора, причем паровая форсунка между воздушными многосопельными форсунками третьей и четвертой ветвей установлена с поворотом на 60° вокруг оси газификатора относительно паровой многосопельной форсунки, установленной между воздушными многосопельными форсунками второй и третьей ветвей, и паровая форсунка под воздушной многосопельной форсункой четвертой ветви установлена с поворотом на 60° вокруг оси газификатора относительно паровой многосопельной форсунки, установленной между воздушными многосопельными форсунками третьей и четвертой ветвей, каждая паровая форсунка оснащена сальниковыми уплотнениями, каждая паровая многосопельная форсунка выполнена в виде трубы, в верхней части защищенной кожухом в виде полого полуцилиндра, в нижней части которой в одной плоскости под углом 45° к вертикальной оси выполнены два сопла в виде полых усеченных конусов с выходными отверстиями диаметром каждое 2-4 мм с расстоянием между каждыми двумя соплами, равным двум диаметрам трубы, устройство поджига твердого топлива, установленное во втором сквозном отверстии верхней части корпуса газификатора и кожуха, выполнено из последовательно соединенных двух запальных электродов, установленных на термостойкой электроизоляционной пластине, закрепленной на кожухе, двух электроизолирущих муфт, кабелей и источника высокого напряжения, устройство формирования зоны горения твердого топлива выполнено из последовательно соединенных баллона горючего газа с запорно-регулирующей арматурой, манометром, газопровода со штуцером подвода сжатого воздуха горелки, установленной в сквозном отверстии верхней части корпуса газификатора напротив устройства поджига, причем газовая горелка оснащена сальниковым уплотнением к нижней части газификатора, установлен питатель с лопастным ротором на подшипниковых опорах и соединен с электродвигателем с частотным преобразователем, на внешней поверхности корпуса питателя установлен кожух с двумя сквозными отверстиями и штуцерами подачи охлаждающей воды во внутреннее пространство между корпусом питателя и кожухом, выходы концов вала ротора оснащены сальниковыми уплотнениями, нижняя часть питателя соединена с камерой вывода газа и шлака, выполненной из трех частей, верхней и нижней в виде полых усеченных конусов и средней в виде полого цилиндра и внутри верхней, средней частей камеры под углом 45° к вертикальной оси на расстоянии 100-200 мм от средней части установлена пластина с закрепленными боковыми сторонами, на внешней поверхности камеры установлен кожух с двумя сквозными отверстиями и штуцерами подачи охлаждающей воды во внутреннее пространство между камерой и кожухом, в боковой поверхности средней части камеры вывода газа и выгрузки шлака выполнено сквозное отверстие, в котором установлено устройство вывода газа в виде полого усеченного конуса с кожухом с двумя сквозными отверстиями и штуцерами подачи охлаждающей воды во внутреннее пространство между усеченным конусом и кожухом, к усеченному полому конусу последовательно присоединены газоход, теплообменник и вытяжной вентилятор, разгрузочное отверстие камеры соединено с устройством выгрузки шлака в виде шнекового дозатора с электродвигателем, частотным преобразователем, соединенным с клапаном двойной загрузки в виде корпуса, двух заслонок с противовесами, установленными одна над другой, соединенных с кожухом транспортера, на внешней поверхности корпуса дозатора установлен кожух с двумя сквозными отверстиями, с установленными штуцерами подачи охлаждающей воды во внутреннее пространство между корпусом и кожухом, датчики температуры установлены под воздушными и паровыми многосопельными форсунками, под питателем, в газоходах на выходах устройства вывода газа и теплообменника, на входе в устройство разгрузки шлака и под крышкой газификатора, датчики контроля минимального и максимального уровня топлива установлены на крышке газификатора.

В установке газификации твердого топлива газификатор выполнен с кожухом с двумя сквозными отверстиями с установленными штуцерами подачи охлаждающей воды во внутреннее пространство между корпусом и кожухом, что предотвращает термическое повреждение и разрушение стального корпуса газификатора, имеющего предельную температуру нагрева 350°C при газификации твердого топлива при температурах 600-1000°C.

Устройство загрузки твердого топлива, установленное в центре сквозного отверстия крышки газификатора, выполнено в виде вертикального патрубка, соединенного с клапаном двойной загрузки, состоящего из корпуса с двумя противовесами и заслонками, установленными одна над другой, клапан соединен со шнековым дозатором, с электродвигателем и частотным преобразователем.

Устройство загрузки твердого топлива предлагаемой конструкции позволяет:

- дозировать загрузку топлива в газификатор;

- изолировать его внутренний объем от внешней среды и создавать избыточное давление воздуха до 10 кПа от дутьевого вентилятора над слоем топлива в газификаторе, под действием которого воздух-окислитель проникает в слой топлива через поперечное сечение слоя в газификаторе и газифицирует топливо;

- выдавливать остаточным давлением образующийся газ в устройство отвода газа через разгрузочную камеру.

Устройство для подвода окислителя, выполненное в виде последовательно соединенных дутьевого вентилятора, блока озонирования воздуха, состоящего из обечайки со сквозным отверстием для ввода электродов в виде двух плоских металлических пластин, на поверхности которых выполнены отверстия с резьбой 3-5 мм, расположенные на каждой пластине в шахматном порядке с установленными винтами длиной 12-15 мм и конусообразной нижней частью длиной 6-8 мм, в межэлектродном пространстве винты расположены друг против друга, при этом пластины установлены параллельно вдоль продольной оси обечайки и соединены с высоковольтными проводами, закрепленными внутри электроизоляционного диска, установленного на обечайке, причем провода при помощи муфты подключены к высоковольтному источнику тока, блок озонирования последовательно соединен с общим воздуховодом и с четырьмя параллельными воздуховодными ветвями.

Предлагаемая конструкция устройства подвода окислителя позволяет:

- осуществлять регулируемый подвод окислителя через четыре воздуховодные ветви в слои топлива для одновременной газификации, что обеспечивает повышение производительности установки и предотвращение спекания слоев от перегрева;

- получать и подводить в слои топлива озонированный окислитель для газификации при температуре 600-800°C спекающегося топлива, а также для газификации трудно газифицируемого углерода в топливе.

Первая воздуховодная ветвь выполнена в виде патрубка, установленного во втором сквозном отверстии крышки газификатора и при помощи фланцев соединенного с воздуховодом, регулирующей заслонкой и общим воздуховодом, вторая воздуховодная ветвь выполнена в виде последовательно соединенных воздуховода, регулирующей заслонки, кольца, установленного вокруг кожуха газификатора под устройством поджига, и воздушной многосопельной форсунки, установленной внутри газификатора с двумя сальниковыми уплотнениями, третья воздуховодная ветвь выполнена в виде последовательно соединенных воздуховода, регулирующей заслонки, кольца, установленного вокруг кожуха газификатора под второй ветвью, и воздушной многосопельной форсунки, установленной внутри газификатора с поворотом относительно форсунки второй ветви на 60° вокруг оси газификатора и оснащенной двумя сальниковыми уплотнениями, четвертая воздуховодная ветвь выполнена в виде последовательно соединенных воздуховода, регулирующей заслонки, кольца, установленного вокруг кожуха газификатора под третьей ветвью, и воздушной многосопельной форсунки, установленной внутри газификатора с поворотом относительно форсунки третьей ветви на 60° вокруг оси газификатора и оснащенной двумя сальниковыми уплотнениями.

Конструкция второй, третьей и четвертой воздуховодных ветвей обеспечит подвод окислителя в объеме топлива в газификаторе регулируемого, вращающегося вокруг вертикальной оси газификатора и диффузного для обеспечения полной газификации твердого топлива без образования локальных зон отсутствия газификации - «мертвых» зон в режиме обращенного процесса газификации, причем сальниковые уплотнения предотвращают выход газа в окружающую среду, исключаются потери газа и создание взрывопожароопасности и опасности для жизни, здоровья.

Между воздушными многосопельными форсунками второй и третьей ветвями, воздушными многосопельными форсунками третьей и четвертой ветвей, под воздушной многосопельной форсункой четвертой воздуховодной ветви установлены устройства подачи пара вовнутрь газификатора, каждое из которых выполнено в виде паропровода с вентилем, соединенного с паровой многосопельной форсункой, которая установлена внутри газификатора, причем паровая форсунка между воздушными многосопельными форсунками третьей и четвертой ветвей установлена с поворотом на 60° вокруг оси газификатора относительно паровой многосопельной форсунки, установленной между воздушными многосопельными форсунками второй и третьей ветвей и паровая форсунка под воздушной многосопельной форсункой четвертой ветви установлена с поворотом на 60° вокруг оси газификатора относительно паровой многосопельной форсунки, установленной между воздушными многосопельными форсунками третьей и четвертой ветвей, каждая паровая форсунка оснащена сальниковыми уплотнениями.

Такое расположение и конструкция трех устройств подачи пара позволяет:

- с высоким кпд и производительностью газифицировать твердое топлива и промежуточный продукт его газификации - кокс за счет организации вращающего и диффузного подвода пара в топливо с получением газа повышенной калорийности из-за увеличения концентрации водорода в нем;

- регулировать температуру газификации топлива, предотвращать спекание топлива и разжижение шлака от перегрева.

Каждая воздушная многосопельная форсунка выполнена в виде трубы с кожухом пространство между внутренней поверхностью кожуха и внешней поверхностью трубы заполнено проточной охлаждающей водой, внизу и вверху кожуха выполнены отверстия для входного и выходного штуцеров подачи воды, в нижней части трубы в одной плоскости под углом 45° к вертикальной оси выполнены по два сопла в виде полых усеченных конусов с выходными отверстиями диаметром каждое 5-10 мм и с расстоянием между каждыми двумя соплами, равным диаметру трубы, что позволяет производить равномерную подачу окислителя в слой топлива при обеспечении отсутствия закупорки отверстий сопел частицами топлива и термического разрушения форсунки от высокой температуры 800-1200°C газификации топлива.

Каждая паровая многосопельная форсунка выполнена в виде трубы, в верхней части защищенной кожухом в виде полого полуцилиндра, в нижней части которой в одной плоскости под углом 45° к вертикальной оси выполнены два сопла в виде полых усеченных конусов с выходными отверстиями диаметром каждое 2-4 мм с расстоянием между каждыми двумя соплами, равным двум диаметрам трубы, что позволяет производить равномерную подачу пара в слой топлива при обеспечении отсутствия закупорки отверстий сопел частицами топлива.

Устройство поджига твердого топлива, установленное во втором сквозном отверстии верхней части корпуса газификатора и кожуха, выполнено из последовательно соединенных двух запальных электродов, установленных на термостойкой электроизоляционной пластине, закрепленной на кожухе, двух электроизолирущих муфт, кабелей и источника высокого напряжения; устройство предназначено для обеспечения воспламенения газовоздушного факела над слоем топлива внутри газификатора высоковольтным искровым разрядом между электродами при обеспечении изолирования газификатора от внешней среды, предотвращения термического и механического разрушения в процессе эксплуатации.

Устройство формирования зоны горения твердого топлива выполнено из последовательно соединенных баллона горючего газа с запорно-регулирующей арматурой, манометром, газопровода со штуцером подвода сжатого воздуха, горелки, установленной в сквозном отверстии верхней части корпуса газификатора напротив устройства поджига, причем газовая горелка оснащена сальниковым уплотнением, устройство предназначено, при запуске в эксплуатацию газификатора, для безопасного, быстрого и экономичного формирования зоны горения топлива в верхнем слое, из которого далее будут формироваться, по мере опускания вниз, три слоя газификации топлива по высоте газификатора.

К нижней части газификатора установлен питатель с лопастным ротором на подшипниковых опорах и соединен с электродвигателем с частотным преобразователем, на внешней поверхности корпуса питателя установлен кожух с двумя сквозными отверстиями и штуцерами подачи охлаждающей воды во внутреннее пространство между корпусом питателя и кожухом, выходы концов вала ротора оснащены сальниковыми уплотнениями; питатель позволяет производить регулируемую и раздельную от газа разгрузки шлака из газификатора в камеру отвода газа и шлака с минимальным запылением газа на входе в устройство отвода газа.

Нижняя часть питателя соединена с камерой вывода газа и выгрузки шлака, выполненной из трех частей, верхней и нижней в виде полых усеченных конусов и средней в виде полого цилиндра и внутри верхней, средней частей камеры под углом 45° к вертикальной оси на расстоянии 100-200 мм от средней части установлена пластина с закрепленными боковыми сторонами, на внешней поверхности камеры установлен кожух с двумя сквозными отверстиями и штуцерами подачи охлаждающей воды во внутреннее пространство между камерой и кожухом; такая конструкция камеры позволяет производить эффективное разделение газа и шлака при минимальном запылении газа.

В боковой поверхности средней части камеры вывода газа и выгрузки шлака выполнено сквозное отверстие, в котором установлено устройство вывода газа в виде полого усеченного конуса с кожухом с двумя сквозными отверстиями и штуцерами подачи охлаждающей воды во внутреннее пространство между усеченным конусом и кожухом, к усеченному полому конусу последовательно присоединены газоход, теплообменник и вентилятор; такая конструкция устройства отвода газа позволяет отводить газ сначала из газификатора, а затем из камеры с минимальным уносом шлаковой пыли, производить охлаждение газа перед входом в газоход до безопасной для газохода температуры до 350°C, охлаждение газа перед входом в вентилятор до безопасной для вентилятора температуры 70°C и подачу газа под давлением вентилятора по газоходу к потребителям газа и предотвращать термическое повреждение и разрушение устройства за счет водяного охлаждения.

Разгрузочное отверстие камеры соединено с устройством выгрузки шлака в виде шнекового дозатора с электродвигателем, частотным преобразователем, соединенным с клапаном двойной загрузки в виде корпуса, двух заслонок с противовесами, установленными одна над другой, соединенных с кожухом транспортера, на внешней поверхности корпуса дозатора установлен кожух с двумя сквозными отверстиями, с установленными штуцерами подачи охлаждающей воды во внутреннее пространство между корпусом и кожухом, что позволяет производить регулируемую выгрузку шлака из камеры с одновременным изолированием внутреннего объема газификатора от внешней среды и герметичную подачу шлака из дозатора на транспортер.

Датчики температуры установлены под воздушными и паровыми многосопельными форсунками, под питателем, в газоходах на выходах устройства вывода газа и теплообменника, на входе в устройство выгрузки шлака и под крышкой газификатора - для контроля и регулирования процесса газификации топлива в установке, охлаждения газа и шлака при их отводе.

Датчики контроля минимального и максимального уровня топлива установлены на крышке газификатора, что необходимо для обеспечения оптимального уровня топлива в газификаторе.

Предлагаемая установка газификации твердого топлива поясняется чертежами:

на фиг.1 изображена общая схема газогенераторной установки (воздушные и паровые многосопельные форсунки условно показаны в одной плоскости для наглядности);

на фиг.2 - вид А-А - поперечное сечение блока озонирования;

на фиг.3 - вид Б-Б - поперечное сечение блока озонирования;

на фиг.4 - вид В-В винта в пластине;

на фиг.5 - вид Г-Г многосопельной воздушной форсунки второй воздушной ветви в газификаторе;

на фиг.6 - вид Д-Д многосопельной воздушной форсунки третьей воздушной ветви в газификаторе;

на фиг.7 - вид Е-Е многосопельной воздушной форсунки четвертой воздушной ветви в газификаторе;

на фиг.8 - многосопельная воздушная форсунка;

на фиг.9 - вид Ж-Ж - сечение многосопельной воздушной форсунки;

на фиг.10 - многосопельная паровая форсунка;

на фиг. 11 - вид З-З - сечение многосопельной паровой форсунки;

нафиг.12 - сальниковое уплотнение многосопельной паровой форсунки;

на фиг.13 - устройство поджига;

на фиг.14 - устройство отвода газа;

на фиг.15 - сечение питателя с лопастным ротором.

Установка газификации твердого топлива содержит корпус газификатора из двух частей, верхней в виде цилиндрической обечайки 1 и нижней в виде полого усеченного конуса 2 с кожухом 3. Пространство 4 между внутренней поверхностью кожуха 3 и внешней поверхностью корпуса заполнено проточной охлаждающей водой. В кожухе 3 сверху и снизу выполнены отверстия 5 и 6 для входного 7 и выходного штуцеров 8 подачи воды.

На крышке 9 газификатора в центре первого сквозного отверстия 10 установлено устройство загрузки твердого топлива в виде вертикального патрубка 11, соединенного с клапаном двойной загрузки, состоящего из корпуса 12, в котором установлены две заслонки 13, 14 с противовесами 15, 16, установленными одна над другой и соединенными при помощи фланцевого соединения 17 со шнековым дозатором 18, с электродвигателем 19, частотным преобразователем 20, соединенными кабелем 21.

Устройство для подвода окислителя выполнено в виде последовательно соединенных дутьевого вентилятора 22, блока озонирования воздуха, состоящего из обечайки 23 с фланцами 24 и со сквозным отверстием 25 для ввода электродов в виде двух плоских металлических пластин 26, 27, на поверхности которых выполнены отверстия 28, расположенные на пластинах 26, 27 в шахматном порядке с установленными винтами 29 с конусообразной нижней частью 30, в межэлектродном пространстве 31 винты 29 расположены друг против друга, при этом пластины 26, 27 установлены параллельно вдоль продольной оси обечайки 23 и жестко соединены с высоковольтными проводами 32, закрепленными внутри электроизоляционного диска 33, установленного на обечайке 23, причем высоковольтные провода 32 при помощи муфты 34 подключены к высоковольтному источнику тока 35. Обечайка 23 блока озонирования последовательно соединена с общим воздуховодом 36 и параллельно с четырьмя воздуховодными ветвями.

Первая воздуховодная ветвь выполнена в виде патрубка 37, установленного во втором сквозном отверстии 38 крышки 9 газификатора и при помощи фланцевого соединения 39, соединенного с воздуховодом 40, регулирующей заслонкой 41 с общим воздуховодом 36.

Вторая воздуховодная ветвь выполнена в виде последовательно соединенных воздуховода 42, регулирующей заслонки 43, кольца 44, установленного вокруг кожуха 3 газификатора под крышкой 9, и воздушной многосопельной форсунки 45, установленной внутри газификатора с двумя сальниковыми уплотнениями 46, 47.

Третья воздуховодная ветвь выполнена в виде последовательно соединенных воздуховода 48, регулирующей заслонки 49, кольца 50, установленного вокруг кожуха 3 газификатора под второй ветвью, и воздушной многосопельной форсунки 51, установленной внутри газификатора с поворотом относительно форсунки 45 второй ветви на 60° вокруг оси газификатора и оснащенной двумя сальниковыми уплотнениями 52, 53.

Четвертая воздуховодная ветвь выполнена в виде последовательно соединенных воздуховода 54, регулирующей заслонки 55, кольца 56, установленного вокруг кожуха 3 газификатора под третьей ветвью, и воздушной многосопельной форсунки 57, установленной внутри газификатора с поворотом относительно форсунки 51 третьей ветви на 60° вокруг оси газификатора и оснащенной двумя сальниковыми уплотнениями 58, 59.

Воздушная многосопельная форсунка выполнена в виде трубы с кожухом 61, пространство 62 между внутренней поверхностью кожуха 61 и внешней поверхностью трубы 60 заполнено проточной охлаждающей водой. Внизу и вверху кожуха 61 выполнены отверстия 63, 64 для входного и выходного штуцеров 65, 66 подачи воды. В нижней части трубы 60 в одной плоскости под углом 45° к вертикальной оси выполнены два отверстия 67, 68 с двумя соплами 69, 70 в виде полых усеченных конусов с выходными отверстиями 71, 72 диаметром каждое 5-10 мм и с расстоянием между двумя соплами, равным диаметру d₁ трубы 60.

Между воздушными многосопельными форсунками 45, 51, между воздушными многосопельными форсунками 51, 57, под воздушной многосопельной форсункой 57 установлены устройства подачи пара вовнутрь газификатора, каждое из которых выполнено в виде паропровода 73, кольца 74 с вентилем 75, соединенным с паровыми многосопельными форсунками 76, 77, 78, которые установлены внутри газификатора.

Многосопельная паровая форсунка 76 установлена между форсунками 45, 51.

Многосопельная паровая форсунка 77 установлена между форсунками 51, 57 с поворотом на 60° вокруг оси газификатора относительно паровой многосопельной форсунки 76.

Паровая форсунка 78 под форсункой 57 установлена с поворотом на 60° вокруг оси газификатора относительно паровой многосопельной форсунки 77.

Паровые форсунки 76, 77, 78 оснащены попарно сальниковыми уплотнениями 79 и 80, 81 и 82, 83 и 84.

Каждая паровая многосопельная форсунка 76, 77, 78 выполнена в виде трубы 85, в верхней части защищена кожухом 86 в виде полого полуцилиндра. В нижней части трубы 85 в одной плоскости под углом 45° к вертикальной оси выполнены два отверстия 87, 88 с двумя соплами 89 и 90 в виде полых усеченных конусов с углом 20°-30° с выходными отверстиями 91, 92, каждое 2-4 мм, с расстоянием между каждыми двумя соплами, равным двум диаметрам d₂ трубы 85.

Устройство поджига твердого топлива установлено во втором сквозном отверстии 93 обечайки 1 газификатора и кожуха 3, выполнено из последовательно соединенных двух запальных электродов 94, 95, жестко установленных на термостойкой электроизоляционной пластине 96, закрепленной на кожухе 3, двух электроизолирущих муфт 97, 98, двух кабелей 99, 100 и источника высокого напряжения 101.

Устройство формирования зоны горения твердого топлива выполнено из последовательно соединенных баллона 102 горючего газа с запорно-регулирующей арматурой 103 и манометром 104, газопровода 105, горелки 106, установленной в сквозном отверстии 107 в обечайке 1 и кожухе 3 с сальниковым уплотнением 108. Горелка 106 оснащена штуцером 109 подвода сжатого воздуха.

К нижней части 2 корпуса газификатора при помощи фланцевого соединения 110 установлен питатель 111 с лопастным ротором 112 на подшипниковых опорах 113, 114 и соединен через муфты 115 с электродвигателем 116, а через кабель 117 с частотным преобразователем 118. На внешней поверхности корпуса питателя 111 установлен кожух 119 с двумя сквозными отверстиями 120, 121 со штуцерами 122, 123 подачи охлаждающей воды во внутреннее пространство 124 между корпусом питателя 111 и кожухом 119. Выходы вала 125 лопастного ротора 112 через сквозные отверстия 126 и 127 оснащены сальниковыми уплотнениями 128, 129.

Нижняя часть питателя 111 соединена при помощи фланцевого соединения 130 с камерой вывода газа и выгрузки шлака.

Камера вывода газа и выгрузки шлака выполнена из трех частей, верхней 131 и нижней 132 в виде полых усеченных конусов и средней 133 виде полого цилиндра. Внутри верхней 131 и средней 133 частей камеры под углом 45° к вертикальной оси на расстоянии 100-200 мм от средней 133 части установлена пластина 134 с закрепленными боковыми сторонами на внутренней поверхности части 131, 133 камеры.

На внешней поверхности камеры установлен кожух 135 с двумя сквозными отверстиями 136, 137 со штуцерами 138, 139 подачи охлаждающей воды во внутреннее пространство между камерой и кожухом 140.

В боковой поверхности средней части 133 камеры выполнено сквозное отверстие 141, в котором установлено устройство вывода газа в виде полого усеченного конуса 142 с кожухом 143 и двумя сквозными отверстиями 144, 145 со штуцерами 146, 147 подачи охлаждающей воды во внутреннее пространство 148. Усеченный полый конус 142 последовательно соединен при помощи фланцевого соединения 149 с газоходом 150, теплообменником в виде патрубка 151 с кожухом 152 и двумя сквозными отверстиями 153, 154 со штуцерами 155, 156 подачи воды во внутреннее пространство 157 и соединен с вытяжным вентилятором 158.

Разгрузочное отверстие 159 камеры соединено при помощи фланцевого соединения 160 с устройством выгрузки шлака в виде шнекового дозатора 161 с электродвигателем 162, кабелем 163, частотным преобразователем 164. Шнековый дозатор 161 соединен с клапаном двойной загрузки в виде корпуса 165, двух заслонок 166, 167 с двумя противовесами 168, 169, установленными одна над другой и соединенными при помощи фланцевого соединения 170 с кожухом 171 транспортера 172. На внешней поверхности корпуса шнекового дозатора 173 установлен кожух 174 с двумя сквозными отверстиями 175, 176 со штуцерами 177, 178 подачи охлаждающей воды во внутреннее пространство 178.

Датчики температуры 179 установлены под крышкой 9 газификатора, под воздушными форсунками 45, 51, 57 и паровыми форсунками 76, 77, 78 под питателем 111, в газоходе 150 на выходе полого усеченного конуса 142 и патрубка 151 теплообменника, в разгрузочном отверстии 159 устройства выгрузки шлака.

Датчики контроля 180 и 181 минимального и максимального уровня топлива установлены на крышке 9 газификатора.

Установка газификации твердого топлива работает следующим образом.

Твердое топливо загружают в газификатор шнековым дозатором 18 через клапан двойной загрузки, состоящий из корпуса 12, двух заслонок 13, 14, двух противовесов 15, 16 и патрубок 11. Контроль загрузки твердого топлива в газификатор осуществляют датчиком 180 минимального уровня.

Затем подают воду во внутреннее пространство 4 между кожухом 3 и обечайкой 1 и конусом 2 корпуса газификатора через штуцера 7 и 8.

Подают воду во внутреннее пространство 62 между кожухом 61 и трубой 60 через штуцера 65, 66 воздушных форсунок 45, 51, 57.

Подают воду во внутреннее пространство 124 между кожухом 119 и корпусом питателя 111 через штуцера 122, 123.

Подают воду во внутреннее пространство 140 между кожухом 135 и корпусом камеры отвода газа и шлака, состоящей из частей 131, 132, 133 через штуцера 138, 139.

Подают воду во внутреннее пространство 148 между кожухом 143 и полым усеченным конусом 142 через штуцера 146, 147 устройства отвода газа.

Подают воду во внутреннее пространство 173 между кожухом 167 и корпусом шнекового дозатора 155 устройства выгрузки шлака через штуцера 170, 171.

Подают воду во внутреннее пространство 157 между кожухом 152 и патрубком 151 теплообменника устройства отвода газа через штуцера 155, 156.

Включают дутьевой 22 и вытяжной вентиляторы 158, затем подают напряжение от высоковольтного источника тока 35 через высоковольтные провода 32 через муфту 34 на плоские металлические пластины 26, 27, в межэлектродном пространстве 31 которых происходит озонирование воздуха.

Подают высокое напряжение от источника 101 через два кабеля 99, 100, изолирующие муфты 97, 98 на запальные электроды 94, 95, между которыми происходит высоковольтное искрение.

Открывают запорно-регулирующую арматуру 103 и по показаниям манометра 104 подают горючий газ из баллона 102 через газопровод 105 в горелку 106 с предварительной подачей сжатого воздуха через штуцер 109. В результате внутри газификатора над поверхностью твердого топлива формируется факел газовоздушной смеси, который воспламеняется от высоковольтного искрения между электродами 94, 95.

Источник высокого напряжения 101 выключают.

При достижении температуры верхнего слоя твердого топлива 400-600°C в газификаторе, которую определяют по датчику температуры 178 под крышкой 9, твердое топливо воспламеняется и устойчиво горит. Выключают устройство формирования зоны горения твердого топлива, выполненное из последовательно соединенных баллона 102 горючего газа с запорно-регулирующей арматурой 103 и манометром 104, газопровода 105, горелки 106, установленной в сквозном отверстии 107 в обечайке 1и кожухе 3 с сальниковым уплотнением 108.

В результате горения твердого топлива при окислительном процессе в верхнем слое образуются слой кокса и газообразные продукты горения CO₂, H₂O и смесь углеводородов C_mH_n. При достижении температуры 800-1100°C верхнего слоя твердого топлива регулируют подачу окислителя через первую воздуховодную ветвь с помощью регулирующей заслонки 41 для обеспечения стабилизации температуры в этом диапазоне. В процессе газификации происходит образование слоя горячего кокса и газообразных продуктов горения. Продукты горения твердого топлива в верхнем слое, имеющие температуру 800-1100°C, под действием тяги вытяжного вентилятора 152 проходят через нижележащие слои твердого топлива, нагревают их до температуры пиролиза 400-800°C, при которой происходит термолиз высокомолекулярных углеводородов топлива в средне- и низкомолекулярные углеводороды. Среднемолекулярные и низкомолекулярные углеводороды переходят в газовую фазу. Горячий кокс взаимодействует с CO₂ и H₂O с образованием CO и H₂., которые в смеси со средне-низкомолекулярными углеводородами горючего газа поступают под действием тяги вытяжного вентилятора 158 в слой твердого топлива в зоне подачи окислителя во второй воздуховодной ветви.

Окислитель в виде озонированного воздуха поступает в слой топлива через воздуховод 42, регулирующую заслонку 43, кольцо 44, воздушную многосопельную форсунку 45.

Смесь CO, H₂ и углеводородов C_mH_n, образующаяся в зоне подачи окислителя во второй воздуховодной ветви поступает под действием тяги вытяжного вентилятора 158 в слой топлива подачи окислителя третьей воздуховодной ветви.

Окислитель в виде озонированного воздуха поступает в слой топлива через воздуховод 48, регулирующую заслонку 49, кольцо 50, воздушную многосопельную форсунку 51.

Смесь CO, H₂ и углеводородов C_mH_n, образующаяся в зоне подачи окислителя в третьей воздуховодной ветви, поступает под действием тяги вытяжного вентилятора 158 в слой топлива подачи окислителя четвертой воздуховодной ветви.

Окислитель в виде озонированного воздуха поступает в слой топлива через воздуховод 54, регулирующую заслонку 55, кольцо 56, воздушную многосопельную форсунку 57.

В процессе газификации твердого топлива слой с температурой 800-1100°C перемещается вниз конуса 2 корпуса газификатора с формированием слоя горячего кокса. После завершения воздушной газификации топлива переходят на паровоздушную газификацию кокса. Вентилем 75 паровых форсунок 76, 77, 78 подают пар в слои горячего кокса и осуществляют газификацию его до шлака при температурном диапазоне 800-1100°C, контролируемый температурными датчиками 174, установленными под паровыми форсунками 76, 77, 78. При снижении температуры шлака над питателем 111 400-600°C производят его выгрузку в камеру из трех частей 131, 132, 133 включением питателя 111. Шлак под действием вращающего лопастного ротора 112 попадает на пластину 134, затем в нижнюю часть 132 камеры.

По мере накопления в нижней части 132 камеры шлак удаляют периодическим включением устройства выгрузки шлака.

Газовая смесь в полом усеченном конусе 142 охлаждается до температуры 300-350°C и поступает в газоход 150, затем в патрубок 151 теплообменника, на выходе которого газовая смесь имеет температуру 50-70°C.

Техническим результатом является:

- повышение производительности и эффективности газификации твердого топлива в установке за счет использования активного окислителя - озонированного воздуха, диффузионной подачи окислителя и пара в слой топлива через воздушные и паровые многосопельные форсунки;

- повышение рабочего ресурса установки в 10-20 раз за счет использования водяного охлаждения корпусов;

- снижение запыленности газа за счет использования питателя с лопастным ротором и конструкции камеры вывода газа и выгрузки шлака;

- контроль работы установки за счет оснащения датчиками температуры и уровней топлива.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в устройствах для газификации твердого топлива. Установка газификации твердого топлива содержит корпус газификатора из двух частей, верхней в виде цилиндрической обечайки и нижней в виде полого усеченного конуса с кожухом. Пространство между внутренней поверхностью кожуха и внешней поверхностью корпуса заполнено проточной охлаждающей водой. В кожухе сверху и снизу выполнены отверстия для входного и выходного штуцеров подачи воды. На крышке газификатора в центре первого сквозного отверстия установлено устройство загрузки твердого топлива в виде вертикального патрубка. Устройство для подвода окислителя выполнено в виде последовательно соединенных дутьевого вентилятора, блока озонирования воздуха, состоящего из обечайки с фланцами и со сквозным отверстием для ввода электродов в виде двух плоских металлических пластин. Обечайка блока озонирования последовательно соединена с общим воздуховодом и параллельно с четырьмя воздуховодными ветвями. Внизу и вверху кожуха выполнены отверстия для входного и выходного штуцеров подачи воды. Устройство поджига твердого топлива установлено во втором сквозном отверстии обечайки газификатора и кожуха. Устройство формирования зоны горения твердого топлива выполнено из последовательно соединенных баллона горючего газа с запорно-регулирующей арматурой и манометром, газопровода, горелки. Горелка оснащена штуцером подвода сжатого воздуха. К нижней части корпуса газификатора при помощи фланцевого соединения установлен питатель с лопастным ротором на подшипниковых опорах и соединен через муфты с электродвигателем. На внешней поверхности корпуса питателя установлен кожух с двумя сквозными отверстиями со штуцерами подачи охлаждающей воды во внутреннее пространство между корпусом питателя и кожухом. Выходы вала лопастного ротора через сквозные отверстия оснащены сальниковыми уплотнениями. Нижняя часть питателя соединена при помощи фланцевого соединения с камерой вывода газа и выгрузки шлака. Камера отвода газа и шлака выполнена из трех частей, верхней и нижней в виде полых усеченных конусов и средней в виде полого цилиндра. Разгрузочное отверстие камеры соединено при помощи фланцевого соединения с устройством выгрузки шлака в виде шнекового дозатора с электродвигателем, кабелем, частотным преобразователем. Датчики температуры установлены под крышкой газификатора, под воздушными форсунками и паровыми форсунками под питателем в газоходе на выходе полого усеченного конуса и патрубка теплообменника, в разгрузочном отверстии устройства выгрузки шлака. Датчики контроля минимального и максимального уровня топлива установлены на крышке газификатора. Техническим результатом является повышение производительности и эффективности газификации твердого топлива в установке, повышение рабочего ресурса установки в 10-20 раз, снижение запыленности газа, обеспечение контроля работы установки. 15 ил.

Установка газификации твердого топлива, включающая газификатор, устройства загрузки топлива, поджига и формирования зоны горения, подвода окислителя, вывода газа и выгрузки шлака, отличающаяся тем, что газификатор выполнен с кожухом с двумя сквозными отверстиями с установленными штуцерами подачи охлаждающей воды во внутреннее пространство между корпусом и кожухом, устройство загрузки твердого топлива, установленное в центре первого сквозного отверстия крышки газификатора, выполнено в виде вертикального патрубка, соединенного с клапаном двойной загрузки, состоящего из корпуса с двумя противовесами и заслонками, установленными одна над другой, клапан соединен со шнековым дозатором, с электродвигателем и частотным преобразователем, устройство для подвода окислителя, выполненное в виде последовательно соединенных дутьевого вентилятора, блока озонирования воздуха, состоящего из обечайки со сквозным отверстием для ввода электродов в виде двух плоских металлических пластин, на поверхности которых выполнены отверстия с резьбой 3-5 мм, расположенные на каждой пластине в шахматном порядке с установленными винтами длиной 12-15 мм и конусообразной нижней частью длиной 6-8 мм, в межэлектродном пространстве винты расположены друг против друга, при этом пластины установлены параллельно вдоль продольной оси обечайки и соединены с высоковольтными проводами, закрепленными внутри электроизоляционного диска, установленного на обечайке, причем провода при помощи муфты подключены к высоковольтному источнику тока, блок озонирования последовательно соединен с общим воздуховодом и с четырьмя параллельными воздуховодными ветвями, первая воздуховодная ветвь выполнена в виде патрубка, установленного во втором сквозном отверстии крышки газификатора и при помощи фланцев соединенного воздуховодом, регулирующей заслонкой и общим воздуховодом, вторая воздуховодная ветвь выполнена в виде последовательно соединенных воздуховода, регулирующей заслонки, кольца, установленного вокруг кожуха газификатора под устройством поджига, и воздушной многосопельной форсунки, установленной внутри газификатора с двумя сальниковыми уплотнениями, третья воздуховодная ветвь выполнена в виде последовательно соединенных воздуховода, регулирующей заслонки, кольца, установленного вокруг кожуха газификатора под второй ветвью, и воздушной многосопельной форсунки, установленной внутри газификатора с поворотом относительно форсунки второй ветви на 60° вокруг оси газификатора и оснащенной двумя сальниковыми уплотнениями, четвертая воздуховодная ветвь выполнена в виде последовательно соединенных воздуховода, регулирующей заслонки, кольца, установленного вокруг кожуха газификатора под третьей ветвью, и воздушной многосопельной форсунки, установленной внутри газификатора с поворотом относительно форсунки третьей ветви на 60° вокруг оси газификатора и оснащенной двумя сальниковыми уплотнениями, каждая воздушная многосопельная форсунка выполнена в виде трубы с кожухом, пространство между внутренней поверхностью кожуха и внешней поверхностью трубы заполнено проточной охлаждающей водой, внизу и вверху кожуха выполнены отверстия для входного и выходного штуцеров подачи воды, в нижней части трубы в одной плоскости под углом 45° к вертикальной оси выполнены по два сопла в виде полых усеченных конусов с выходными отверстиями диаметром каждое 5-10 мм и с расстоянием между каждыми двумя соплами, равным диаметру трубы, между воздушными многосопельными форсунками второй и третьей ветвей, воздушными многосопельными форсунками третьей и четвертой ветвей, под воздушной многосопельной форсункой четвертой воздуховодной ветви установлены устройства подачи пара вовнутрь газификатора, каждое из которых выполнено в виде паропровода с вентилем, соединенного с паровой многосопельной форсункой, которая установлена внутри газификатора, причем паровая форсунка между воздушными многосопельными форсунками третьей и четвертой ветвей установлена с поворотом на 60° вокруг оси газификатора относительно паровой многосопельной форсунки, установленной между воздушными многосопельными форсунками второй и третьей ветвей, и паровая форсунка под воздушной многосопельной форсункой четвертой ветви установлена с поворотом на 60° вокруг оси газификатора относительно паровой многосопельной форсунки, установленной между воздушными многосопельными форсунками третьей и четвертой ветвей, каждая паровая форсунка оснащена сальниковыми уплотнениями, каждая паровая многосопельная форсунка выполнена в виде трубы, в верхней части защищенной кожухом в виде полого полуцилиндра, в нижней части которой в одной плоскости под углом 45° к вертикальной оси выполнены два сопла в виде полых усеченных конусов с выходными отверстиями диаметром каждое 2-4 мм, с расстоянием между каждыми двумя соплами, равным двум диаметрам трубы, устройство поджига твердого топлива, установленное во втором сквозном отверстии верхней части корпуса газификатора и кожуха, выполнено из последовательно соединенных двух запальных электродов, установленных на термостойкой электроизоляционной пластине, закрепленной на кожухе, двух электроизолирущих муфт, кабелей и источника высокого напряжения, устройство формирования зоны горения твердого топлива выполнено из последовательно соединенных баллона горючего газа с запорно-регулирующей арматурой, манометром, газопровода со штуцером подвода сжатого воздуха горелки, установленной в сквозном отверстии верхней части корпуса газификатора напротив устройства поджига, причем газовая горелка оснащена сальниковым уплотнением, к нижней части газификатора установлен питатель с лопастным ротором на подшипниковых опорах и соединен с электродвигателем с частотным преобразователем, на внешней поверхности корпуса питателя установлен кожух с двумя сквозными отверстиями и штуцерами подачи охлаждающей воды во внутреннее пространство между корпусом питателя и кожухом, выходы концов вала ротора оснащены сальниковыми уплотнениями, нижняя часть питателя соединена с камерой вывода газа и выгрузки шлака, выполненной из трех частей, верхней и нижней в виде полых усеченных конусов и средней в виде полого цилиндра и внутри верхней, средней частей камеры под углом 45° к вертикальной оси на расстоянии 100-200 мм от средней части установлена пластина с закрепленными боковыми сторонами, на внешней поверхности камеры установлен кожух с двумя сквозными отверстиями и штуцерами подачи охлаждающей воды во внутреннее пространство между камерой и кожухом, в боковой поверхности средней части камеры вывода газа и выгрузки шлака выполнено сквозное отверстие, в котором установлено устройство вывода газа в виде полого усеченного конуса с кожухом с двумя сквозными отверстиями и штуцерами подачи охлаждающей воды во внутреннее пространство между усеченным конусом и кожухом, к усеченному полому конусу последовательно присоединены газоход, теплообменник и вытяжной вентилятор, разгрузочное отверстие камеры соединено с устройством выгрузки шлака в виде шнекового дозатора с электродвигателем, частотным преобразователем, соединенным с клапаном двойной загрузки в виде корпуса, двух заслонок с противовесами, установленными одна над другой, соединенных с кожухом транспортера, на внешней поверхности корпуса дозатора установлен кожух с двумя сквозными отверстиями, с установленными штуцерами подачи охлаждающей воды во внутреннее пространство между конусом и кожухом, датчики температуры установлены под воздушными и паровыми многосопельными форсунками, под питателем, в газоходах на выходах устройства вывода газа и теплообменника, на входе в устройстве выгрузки шлака и под крышкой газификатора, датчики контроля минимального и максимального уровня топлива установлены на крышке газификатора.