СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ РАБОТЫ ГАЗОГЕНЕРАТОРНОЙ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ И ГАЗОГЕНЕРАТОРНАЯ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКА Российский патент 2019 года по МПК F02B43/08 C10J3/06 F02B51/04 

Группа изобретений относится к области энергетики, а именно к двигателям, работающим на газообразном топливе, генерируемом при сжигании твердых бытовых отходов - ТБО.

Отходы производства и потребления являются одними из самых масштабных источников загрязнения окружающей среды. Ежегодный прирост количества твердых бытовых отходов (ТБО) в нашей стране составляет более 30 млн. тонн. Это мощный возобновляемый топливный ресурс, который может дать огромную экономию ископаемого топлива и обеспечить теплом и электроэнергией жилые районы и промышленные предприятия. В связи с этим создание новых предприятий по обезвреживанию и утилизации отходов входит в число неотложных государственных задач.

Как известно, углеводородное топливо постоянно дорожает. Кроме того, его природные ресурсы исчерпаемы и могут закончиться через 40…50 лет.

Кроме того, в соответствии с Техническим регламентом №609 «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ» экологический класс Евро-5 вводится с 1 января 2014 года. С этого времени, все автомобили, попадающие на территорию России должны соответствовать данному экологическому стандарту. Это касается как транспортных средств, производимых на отечественных заводах, так и всего транспорта, ввозимого на территорию страны из-за границы: и нового, и подержанного; и для личных целей, и для коммерческого использования.

В настоящее время в России эксплуатируется 5 мусоросжигательных заводов, объем обезвреживания и утилизации ТБО на которых ничтожно мал и не превышает 3% от общего количества отходов (для сравнения: только в Германии таких заводов более 50-ти). В связи с этим чрезвычайно актуальным является строительство мусоросжигательных заводов с применением современных технологий, предусматривающих сочетание максимально полного использования энергетического потенциала ТБО с экологической безопасностью процесса.

Процесс сжигания ТБО сопровождается образованием ряда токсичных соединений: оксидов азота (NOx), оксидов серы (SOx), оксида углерода(II) (СО), диоксинов и фуранов и некоторых других загрязнителей. При этом, как и в случае сжигания традиционных видов органического топлива, основной вклад в показатель суммарной токсичности продуктов сгорания вносят оксиды азота.

Поскольку состав дымовых газов мусоросжигательных установок характеризуется многообразием содержащихся в них токсичных компонентов, они могут быть обезврежены только при воздействии на них комплекса технологических мероприятий, а также химических и физикохимических методов очистки. Поэтому возникает необходимость в оборудовании мусоросжигательных установок многоступенчатыми системами газоочистки, обеспечивающими снижение содержания различных загрязнителей в дымовых газах до требуемых норм. Причем, каждая из используемых технологий очистки, как правило, направлена на уменьшение выбросов одного из нескольких видов образующихся токсичных компонентов.

Особенностью процесса термического обезвреживания ТБО является переменный состав топлива, в результате чего происходит непрерывное изменение параметров горения. Это, в свою очередь, становится причиной значительных колебаний концентраций токсичных компонентов в дымовых газах и, как следствие, недостаточно надежной работы системы очистки в целом.

Постоянное ужесточение требований, предъявляемых к газовым выбросам теплоэнергетических агрегатов, к которым относятся и мусоросжигательные установки, создают предпосылки для создания новых технологий очистки.

Необходимость разработки и применения технологий, обеспечивающих высокую эффективность и стабильные показатели очистки дымовых газов, образующихся при термическом обезвреживании ТБО переменного состава, определили направление исследований, результаты которых приведены в данном изобретении.

Основная задача создания изобретения: разработка полностью автоматизированного устройства для сжигания мусора и комплексной очистки дымовых газов, образующихся при сжигании газогенераторного газа в двигателе внутреннего сгорания. Исключение выброса полученного при сжигании твердых бытовых отходов газогенераторного газа в атмосферу при аварийных и нерасчетных режимах.

Наиболее затруднительна очистка от оксидов азота. Очистка от твердых частиц относительно просто решается в циклонах и других промышленных очистителях.

Наиболее радикальное средство снижение образования окислов азота как при горении ТБО в газогенераторе, так и при горении в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания это его дожигание в каталитическом дожигателе. Это позволит снизить выброс окислов азота NOx в несколько раз.

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.

Известно техническое решение реактора 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.

Известны способы получения генераторного газа для питания ДВС по патенту Франции №2455077, МПК C10j 3/20, опубл. 25/04/1979 г., заключающиеся в подводе теплоты, воздуха и водяного пара в загруженную углеродсодержащим топливом реакционную камеру, где в результате взаимодействия компонентов образуется генераторный газ. Полученный газ очищают от смол и негорючих примесей и подают в систему питания ДВС.

В указанном источнике указаны установки для реализации этого способа, которые содержат реакционную камеру, заполненную углеродсодержащим топливом и снабженную на входе устройствами для подвода теплоты, воздуха и водяного пара, а на выходе газоочистным устройством, связанным с системой питания ДВС.

Известны способ и устройство для получения газогенераторного газа по пат. РФ № МПК C10J 3/32, опубл. 10.07.2009 г.

Способ получения синтез-газа предусматривает загрузку перерабатываемого сырья, содержащего по крайней мере твердое сырье, в котел реактора газификации и продвижение его с последовательным проведением обращенного процесса движения воздуха и газа при температурном воздействии с формированием технологических зон: зоны сушки, зоны пирогенетического разложения, зоны первичной газификации сырья при неполном окислении его кислородом воздуха и подаче синтез-газа с термохимическим разложением сырья на инертные газовые составляющие и образованием реагента в виде атомарного углерода, зоны термического разложения смол, зоны регенерации, формируемой выпавшим на колосниковую решетку реагентом при подаче в него пара и получением на выходе из него синтез-газа и зоны охлаждения синтез-газа в газоходе котла реактора, отличающийся тем, что зону регенерации формируют на колосниковой решетке реактора в виде открытого естественного насыпного конуса из реагента, обуславливающего за пределами этой зоны формирование зоны очистки синтез-газа, обеспеченной снижением скорости его истечения из зоны регенерации в свободное пространство нижней части котла реактора до скорости витания твердых частиц, размером не более 70 мкм, при этом под крышкой реактора формируют зону скопления пара путем загрузки перерабатываемого сырья в котел реактора до контролируемого уровня и из этой зоны производят отсос пара в зону первичной газификации сырья с получением инертных газов и синтез-газа, а в зоне сушки котла реактора производят обрушение купола сырья и его разравнивание, и в зоне пирогенетического разложения сырья производят его интенсивное рыхление с обеспечением газопроницаемости и продвижения сверху вниз путем его обратного и прямого механического перемещения, а в зоне первичной газификации сырья производят механическое обрушение его сводообразования и осуществляют совместную подачу синтез-газа вместе с воздухом, и охлаждение синтез-газа производят до температуры, соответствующей началу конденсации смол, при его закрутке в газоходе вокруг оси котла реактора, причем воздух, пар и синтез-газ подают в технологические зоны реактора объемными порциями в зависимости от химического состава сырья.

Недостаток: не полностью автоматизирован процесс синтеза газогенераторного газа.

Известны способ и устройство для получения синтез- газа по пат. РФ №2482164, МПК C10J 3/20, опубл. 20.05.2013 г.

Реактор газификации содержит котел с крышкой, с двумя концентрично расположенными один в другом внутренними и внешними кожухами, выполненными в виде кольцевых теплообменных рубашек, газоход между ними, лопастной ворошитель сырья, усеченный конус, зону первичной газификации и регенерации газов, горелку. 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

Известны способ получения генераторного газа для питания ДВС и установка для его осуществления по А Св. СССР №1325173, МПК F02D 43/08, опубл. 23.07.1983 г.

Способ заключается в подводе теплоты, воздуха, водяного пара и части выпускных газов двигателя к загруженной углеродсодержащим топливом реакционной камере и отводе из реакционной камеры в двигатель предварительно очищенного от примесей генераторного газа. В процессе взаимодействия компонента в реакционной камере создают разрежение, а подачу генераторного газа в двигатель производят через промежуточную емкость.

Газогенераторная установка содержит двигатель, линия газовыпуска которого соединена через калиброванные отверстия с входом загруженной углеродсодержащим топливом реакционной камеры, снабженной нагревательным устройством и испарителем воды, а линия питания подключена к выходу реакционной камеры. На линии питания двигателя последовательно по ходу генераторного газа установлены очиститель-охладитель, вакуумный насос и промежуточная емкость с расходным краном.

В этих способе и устройстве, не предусмотрена полная утилизация отходящих газов двигателя: лишь незначительная их часть используется в процессе газификации топлива, остальная выбрасывается в атмосферу. Отсутствие полной утилизации отходящих газов приводит к снижению эффективности способа получения генераторного газа и устройства для его получения.

Известна газогенераторная установка с двигателем внутреннего сгорания по патенту РФ на изобретение №2099553, МПК F02B 43/08, опубл. 20.12.1997 г., прототип.

Эта установка содержит газогенератор, в котором линия газовыпуска подключена через фильтр и теплообменник газогенераторного газа с контуром охладителя, выход из теплообменника подсоединен к входу в систему подачи топливовоздушной смеси двигателя внутреннего сгорания, коленчатый вал которого соединен с электрогенератором,

Недостатки: относительно низкий КПД двигателя внутреннего сгорания из-за низкой калорийности генераторного газа, отсутствие автоматизации и эмиссия вредных веществ в атмосферу.

Задачи создания группы изобретений: обеспечение максимальной мощности на выходе электрогенератора при обеспечении предельно-допустимой концентрации вредных веществ в выхлопных газах.

Достигнутые технические результаты: обеспечение максимальной мощности на выходе электрогенератора при обеспечении предельно-допустимой концентрации вредных веществ в выхлопных газах.

Решение указанных задач достигнуто в способе управления режимом работы газогенераторной электроустановки, включающем загрузку исходного сырья и подачу воздуха в газогенератор, воспламенение исходного сырья и подачу газогенераторного газа по газоводу в двигатель внутреннего сгорания, к которому присоединен электрогенератор для выработки электроэнергии, сброс выхлопных газов из системы выпуска отработанных газов двигателя внутреннего сгорания после его предварительной очистки в каталитическом дожигателе, тем, что постоянно производят активацию газогенераторного газа и озонирование воздуха, подаваемого в газогенератор, после запуска газогенераторной электроустановки увеличивают расход воздуха в газогенератор, одновременно измеряя мощность, вырабатываемую электрогенератором, и при достижении максимального значения прекращают увеличение расхода воздуха в газогенератор, при этом постоянно контролируют выброс вредных веществ из системы выпуска отработанных газов и при превышении их концентрации предельно допустимых норм увеличивают степень озонирования воздуха.

Дополнительно производят ионизацию воздуха подаваемого в двигатель внутреннего сгорания.

Дополнительно подают предварительно ионизированный воздух в систему выпуска отработанных газов перед каталитическим дожигателем.

Решение указанных задач достигнуто в газогенераторной электроустановке, содержащей газогенератор, содержащий в свою очередь, корпуса, загрузочное устройство и устройство выгрузки, систему подвода воздуха в газогенератор, систему очистки газогенераторного газа, к выходу которой присоединен вход газовода, выход которого подключен через теплообменник к форсунке в системе подачи топливовоздушной смеси двигателя внутреннего сгорания, коленчатый вал которого соединен с электрогенератором, отличающаяся тем, что на газоводе перед форсункой установлен активатор топлива, а в системе подвода воздуха установлен озонатор воздуха.

В системе подвода воздуха в двигатель внутреннего сгорания может быть установлен дополнительный озонатор.

Система очистки газогенераторного газа может содержать систему предварительной газоочистки, выполненную в виде циклона внутри газогенератора, при этом газогенератор выполнен из трех корпусов: внешнего, среднего и внутреннего с кольцевыми зазорами между ними, при этом внешний кольцевой зазор заполнен теплоизоляционным материалом, во внутреннем кольцевом зазоре выполнен циклон предварительной газоочистки, который содержит входной кольцевой канал в нижней части и выходной коллектор с выходными отверстиями - в верхней части, сообщающими внутренний кольцевой зазор с полостью выходного коллектора, которая газоводом соединена с входом в систему подачи топливовоздушной смеси двигателя внутреннего сгорания, а на внутреннем корпусе с внешней стороны выполнены ребра, которые установленные под углом к продольной оси установки, газогенераторная установка оборудована блоком управления, к которому линией контроля присоединен контроллер датчиков, и датчиками:

- газоанализатор, установленный на выходе из каталитического дожигателя,

- датчик температуры газогенераторного газа, установленный на выходе из теплообменника,

- датчик частоты вращения коленчатого вала, установленный на коленчатом валу ДВС для контроля работы ДВС при запуске, останове и на основном режиме,

- датчик положения регулятора, установленный на регуляторе,

- датчик положения дросселя, установленный на дросселе,

при этом выходы из датчиков линиями контроля соединены с входами в контроллер датчиков.

Нижний торец внутренней цилиндрической стенки расположен на расстоянии h от нижнего торца средней стенки на расстоянии, определяемом из соотношения:

h=(0,05…0,10)Н₀,

где h - осевой зазор,

Н₀ - внутренняя высота среднего корпуса.

Газогенераторная электроустановка может содержать колосниковую решетку, которая при помощи тяги соединена с вибратором.

Колосниковая решетка может быть выполнена кольцевой формы с боковой стенкой в форме усеченного конуса.

Двигатель внутреннего сгорания может содержать систему выхлопа продуктов сгорания, в которой установлен каталитический дожигатель.

Газогенераторная электроустановка может содержать трубопровод подачи дополнительного воздуха с вторым дополнительным ионизатором воздуха.

К газоводу может быть присоединен через управляемый клапан аварийный дожигатель.

Газогенераторная электроустановка может содержать второй трубопровод подачи дополнительного воздуха с третьим дополнительным ионизатором воздуха.

Сущность группы изобретений поясняется на чертежах фиг. 1…7, где:

на фиг. 1 приведена основная схема энергоустановки,

на фиг. 2 приведена схема энергоустановки с двумя газогенераторами и одним теплообменником,

на фиг. 3 приведена схема энергоустановки с двумя газогенераторами и двумя теплообменниками,

на фиг. 4 приведена схема управления энергоустановки,

на фиг. 5 приведена схема циклона встроенного в газогенератор,

на фиг. 6 приведен чертеж колосниковой решетки с вибратором,

на фиг. 7 приведена схема озонатора.

Обозначения, принятые в описании:

1. газогенератор 1,

2. двигатель внутреннего сгорания ДВС 2,

3. электрогенератор 3,

4. газовод 4,

5. система подачи топливо-воздушной смеси 5,

6. наружный цилиндрический корпус 6,

7. средний цилиндрический корпус 7,

8. внутренний цилиндрический корпус 8,

9. внешний кольцевой зазор 9,

10. внутренний кольцевой зазор 10,

11. главная полость 11,

12. исходное сырье 12,

13. реактор 13,

14. первый нижний торец 14,

15. центральное отверстие 15,

16. циклон 16,

17. внешняя поверхность 17,

18. ребра 18,

19. теплоизоляция 19.

20. второй нижний торец 20,

21. третий нижний торец 21,

22. колосниковая решетка 22,

23. отверстия 23,

24. зола 24,

25. зольный отсек 25.

26. корпус 26,

27. полость 27,

28. устройство выгрузки 28,

29. приемный бункер 29,

30. механизм выгрузки 30,

31. первый привод 31.

32. основание 32.

33. верхний торец 33,

34. входное отверстие 34,

35. механизм загрузки 35,

36. второй привод 36,

37. внешняя поверхность 37,

38. коллектор 38,

39. внутренняя полость 39,

40. отверстия 40,

41. картер 41,

42. цилиндр 42,

43. поршень 43,

44. коленчатый вал 44.

45. электрические провода 45,

46. дроссельная заслонка 46,

47. третий привод 47,

48. система выпуска отработанных газов 48.

49. теплообменник 49,

50. фильтр тонкой очистки 50,

51. регулятор расхода 51,

52. четвертый привод 52.

53. форсунка 53,

54. патрубок подачи воздуха 54,

55. свеча зажигания 55.

56. линия управления 56.

57. трубопровод подачи 57,

58. трубопровод отвода 58.

59. радиатор 59.

60. вентилятор 60,

61. пятый привод 61,

62. высоковольтный провод 62,

63. распределитель 63,

64. катушка зажигания 64,

65. низковольтные провода 65,

66. аккумулятор 66,

67. трубопровод сброса 67,

68. управляемый клапан 68,

69. аварийный дожигатель 69,

70. каталитический дожигатель 70,

71. активатор топлива 71,

72. основной озонатор воздуха 72,

73. дополнительный озонатор 73,

74. трубопровод подачи дополнительного воздуха 74,

75. второй дополнительный ионизатор воздуха 75.

76. второй трубопровод подачи дополнительного воздуха 76

77. третий дополнительный ионизатор воздуха 77.

78. шток 78,

79. вибратор 79,

80. боковая стенка 80.

81. твердые частицы 81,

82. сужающаяся часть 82,

83. расширяющаяся часть 83,

84. цилиндрическая часть 84,

85. кольцевой коллектор 85,

86. полость коллектора 86,

87. отверстия 87,

88. система подачи воздуха 88,

89. вентиль 89,

90. вентилятор 90,

91. регулируемый электрический привод 91,

92. регулятор частоты вращения 92,

93. насос 93,

94. регулируемый привод насоса 94.

95. регулятор привода 95,

96. нагрузка 96,

97. ваттметр 97,

98. амперметр 98,

99. вольтметр 99,

100. блок управления 100,

101. линия контроля 101,

102. контроллер датчиков 102,

103. газоанализатор 103,

104. датчик температуры газогенераторного газа 104,

105. датчик частоты вращения коленчатого вала 105,

106. датчик положения регулятора 106,

107. датчик положения дросселя 107.

108. корпус 108,

109. внешний электрод 109,

110. внутренний электрод 110,

111. осевой стержень 111,

112. перегородка 112,

113. окна 113,

114. шипы 114.

115. первый провод высокого напряжения 115,

116. второй провод высокого напряжения 116,

117. источник высокого напряжения 117,

118. заземляющий провод 118,

119. заземление 119.

120. низковольтные провода 120,

121. управляемый реостат 121,

122. управляемый выключатель 122.

Газогенераторная энергоустановка содержит (фиг. 1…7) газогенератор 1 и двигатель внутреннего сгорания ДВС - 2 с электрогенератором 3. Выход из газогенератора 1 газоводом 4 соединен с системой подачи топливо-воздушной смеси 5 в ДВС 2.

Газогенератор 1 (фиг. 1) содержит три цилиндрических корпуса: наружный 6, средний 7 и внутренний 8. Цилиндрические корпуса 6…8, установленные концентрично друг другу с кольцевым зазорами внешним 9 и внутренним 10 между ними.

Внутри внутреннего корпуса 8 образуется главная полость 11 для процесса горения и газификации исходного сырья 12. В главной полости 11 установлен реактор 13.

Внутренний корпус 8 не имеет нижнего днища, а вместо него в первом нижнем торце 14 выполнено центральное отверстие 15, которое сообщает главную полость 11 и внутренний кольцевой зазор 10.

Во внутреннем кольцевом зазоре 10 образован циклон 16.

На внешней поверхности 17 внутреннего цилиндрического корпуса 10 установлены ребра 18, выполненные под углом к оси симметрии газогенератора 1- OO.

Средний и внутренний цилиндрические корпуса 7 и 8, внутренний кольцевой зазор 10 и ребра 18 выполняют функцию системы предварительной очистки газогенераторного газа в виде циклона 16, выполненного внутри газогенератора 1.

Между наружной и средней цилиндрическими стенками 6 и 7 во внешнем зазоре 9 выполнена теплоизоляция 19.

Первый нижний торец 14 внутреннего цилиндрического корпуса 8 расположен на расстоянии Н от второго нижнего торца 20 среднего цилиндрического корпуса 7.

h=(0,05…0,10)Н₀,

где h - осевой зазор,

Н₀ - внутренняя высота среднего корпуса 7.

На втором нижнем торце 20 среднего корпуса 7 установлена колосниковая решетка 22, в которой выполнены отверстия 23 для выхода золы 24 в зольный отсек 25. Зольный отсек 25 выполнен под колосниковой решеткой 22 и содержит корпус 26 и полость 27.

Под зольным отсеком 25 выполнено устройство выгрузки золы 28 в приемный бункер 29 с механизмом выгрузки 30, имеющим первый привод 31, соединенным с механизмом выгрузки 30.

Наружный цилиндрический корпус 6 закреплен на основании 32.

На верхнем торце 33 газогенератора 1 выполнено входное отверстие 34 для загрузки исходного сырья 12. Оно содержит механизм загрузки 35 с вторым приводом 36, соединенным с механизмом загрузки 35.

В верхней части наружного цилиндрического корпуса 6 на его внешней поверхности 37 выполнен коллектор 38, внутренняя полость 39 которого отверстиями 40 для выхода горячего генераторного газа сообщается с одной стороны - с внутренним кольцевым зазором 10, а с другой - соединен с системой подачи топливо-воздушной смеси 5 в ДВС 2. (фиг. 1)

ДВС 2 содержит картер 41, по меньшей мере, один цилиндр 42 с поршнем 43 и коленчатый вал 44. Коленчатый вал 44 соединен с электрогенератором 3, от которого отведены электрические провода 45 к потребителям электрической энергии.

ДВС 2 содержит систему подачи топливовоздушной смеси 5, которая содержит дроссельную заслонку 46 с четвертым приводом 47, соединенным с дроссельной заслонкой 46. Кроме того, ДВС 2 содержит систему выпуска отработанных газов 48.

Газовод 4 соединен с входом в теплообменник 49, выход из которого соединен с фильтром тонкой очистки 50, а выход из фильтра тонкой очистки 50 через регулятор расхода 51 соединен с системой подачи топливовоздушной смеси 5. К регулятору расхода 51 присоединен четвертый привод 52. После регулятора расхода 51 установлена форсунка 53, которая, в свою очередь, установлена в системе подачи топливовоздушной смеси 5.

К наружному цилиндрическому корпусу 6 присоединен патрубок подачи воздуха 54 (или кислорода), который через среднюю кольцевую стенку 7 и внутреннюю кольцевую стенку 8 сообщается с главной полостью 11.

ДВС 2 содержит свечу зажигания 55. К первому приводу 31 и второму приводу 36 присоединены линии управления 56. К теплообменнику 49 трубопроводами подачи и отвода 57 и 58 присоединен радиатор 59. Около радиатора 59 установлен вентилятор 60 с пятым приводом 61 для озлаждения циркулирующей воды (антифриза).

К свече зажигания 55 подсоединен выход высоковольтного провода 62, соединенный с распределителем 63, который соединен с катушкой зажигания 64, которая соединена низковольтными проводами 65 с аккумулятором 66.

Колосниковая решетка 22 при помощи штока 78 соединена с вибратором 79. Колосниковая решетка 22 имеет боковую стенку 80 в форме усеченного конуса для сбора твердых частиц 81 (фиг. 1, и 5). Зола 24 собирается в зольном отсеке 25.

На выходе из системы выпуска отработанных газов 48 из ДВС 22 установлен каталитический дожигатель 70 (фиг. 1), предназначенный для постоянного дожигания NOx и других вредных веществ.

Выхлопы ДВС могут значительно навредить атмосфере. Но наиболее эффективное средство нейтрализации вредных веществ: каталитический дожигатель выхлопных газов.

Каталитический дожигатель предназначен для преобразования вредных веществ в менее вредные до их выхода из выхлопной системы автомобиля.

Каталитический дожигатель имеет очень простую конструкцию и огромное значение. Выбросы двигателя включают следующие вещества:

Газообразный азот (N₂ - воздух на 78% состоит из азота, и большая его часть проходит через двигатель.

Углекислый газ (СО₂) - один из продуктов сгорания. Углерод, содержащийся в топливе, связывается с кислородом из воздуха.

Пары воды (Н₂О) - еще один продукт сгорания. Водород, содержащийся в топливе, связывается с кислородом из воздуха.

По большей части, эти выбросы не являются вредными, хотя считается, что углекислый газ способствует глобальному потеплению. В связи с тем, что процесс сгорания протекает в неидеальных условиях, двигатель также производит небольшое количество вредных выбросов. Каталитический дожигатель предназначен для их нейтрализации следующих веществ:

Угарный газ (СО) - ядовитый газ без цвета и запаха.

Углеводороды или летучие органические соединения (ЛОС) образуются из испарений несгоревшего топлива и приводят к возникновению смога.

Оксиды азота (NO и NO2 или их общее обозначение NOx) приводят к образованию смога и кислотных дождей, которые могут оказывать неблагоприятное воздействие на слизистые оболочки.

Каталитический дожигатель имеет простую конструкцию: он содержит наполненные в корпусе керамику и катализатор: тонкий слой платины.

На газоводе 4 перед форсункой 53 установлен активатор топлива 71, а в системе подвода воздуха 54 установлен основной озонатор воздуха 72.

Активатор топлива 71 может быть магнитный, электрический или электромагнитный.

Для работы озонаторов нужен источник высокого напряжения, который буде подробно описан далее.

В системе подвода воздуха 4 в двигатель внутреннего сгорания 2 установлен дополнительный озонатор 73.

Двигатель внутреннего сгорания 2 содержит систему выхлопа продуктов сгорания, в которой установлен каталитический дожигатель 70. Установка содержит трубопровод подачи дополнительного воздуха 74 с вторым дополнительным ионизатором воздуха 75.

К газоводу 4 присоединен через управляемый клапан 68 аварийный дожигатель 69.

Газогенераторная электроустановка может содержать, подсоединенный на входе в аварийный дожигатель 69, второй трубопровод подачи дополнительного воздуха 76 с третьим дополнительным ионизатором воздуха 77.

на фиг. 2 приведена схема энергоустановки с двумя газогенераторами 1 и одним теплообменником 49.

на фиг. 3 приведена схема энергоустановки с двумя газогенераторами 1 и двумя теплообменниками 49.

Газогенераторная электроустановка оборудована системой подачи воздуха 88 в газогенератор 1. Система подачи воздуха 88 включает вентиль 89, вентилятор 90, регулируемый электрический привод 91, соединенный с ним. Регулируемый электрический привод 91 соединен с выходом из регулятора частоты вращения 92.

Газогенераторная электроустановка оборудована системой охлаждения газогенераторного газа в состав которой входит теплообменник 49, радиатор 59 и трубопроводы подачи 57 и отвода 58, предназначенные для циркуляции воды (антифриза).

В трубопроводе 58 установлен насос 93. К насосу 93 присоединен регулируемый привод насоса 94. К входу в регулируемый привод насоса 94 присоединен при помощи электрических проводов 45 выход из регулятора привода 95.

Генераторная электроустановка подкючена к нагрузке 96. На входе в нагрузку 96 установлены ваттметр 97, амперметр 98 и вольтметр 99 для контроля вырабатываемой мощности.

На фиг. 4 приведена схема управления энергоустановки, которая содержит блок управления 100, к которому линией контроля 101 присоединен контроллер датчиков 102, к которому линиями контроля 101 присоединены все датчики:

- газоанализатор 103, установленный на выходе из каталитического дожигателя 70,

- датчик температуры газогенераторного газа 104, установленный на выходе из теплообменника 50,

- датчик частоты вращения коленчатого вала 105, установленный на коленчатом вале 44 ДВС 2 для контроля работы ДВС 2 при запуске, останове и на основном режиме,

- датчик положения регулятора 106, установленный на регуляторе расхода 51,

- датчик положения дросселя 107, установленный на дросселе заслонки 46.

На фиг. 5 приведена более детально конструкция циклона 16, для предварительной очистки газогенераторного газа 1 и реатора 13.

Приведено обоснование оптимальности осевого зазора h.

Второй нижний торец 20 внутреннего цилиндрического корпуса 8 расположен на расстоянии h от второго нижнего торца 20 среднего цилиндрического корпуса 7.

h=(0,05…0,10)Н₀,

где h - осевой зазор,

Н₀ - внутренняя высота среднего цилиндрического корпуса 7.

При Н₀ меньше 0,05 Н₀ затрудняется сброс золы и шлака, а при h больше 0.1 Но необоснованно увеличивается осевой габарит газогенератора, т.к все основные процессы синтеза газа и его очистки идут выше первого нижнего торца 14 и центрального отверстия 15 в главной полости 11.

На фиг. 1 приведена схема установки с аварийным дожиганием генераторного газа. Эта схема содержит трубопровод сброса 67, присоединенный к газоводу 4, установленный в нем управляемый клапан 68, и после него - аварийный дожигатель 69,

В системе выпуска отработанных газов 48 установлен постоянно работающий каталитический дожигатель 70 (фиг. 1).

На фиг. 6 приведена более детально конструкция колосниковой решетки 22 и механизма ее встряхивания в виде соединенного штоком 78 с колосниковой решеткой 22 вибратора 79. Колосниковая решетка 22 содержит боковую стенку 80, выполненную в виде усеченного конуса на которой собираются твердые частицы 81.

Реактор 13 имеет следующую конструкцию. Он выполнен в форме сопла Лаваля и содержит сужающаяся часть 75, расширяющаяся часть 76, и расположенную между ними цилиндрическую часть 77. Концентрично цилиндрическая часть 77 выполнен кольцевой коллектор 78.

Полость коллектора 79 отверстиями 80 соединена с патрубком подачи воздуха 54. Газогенераторная энергоустановка (фиг. 1) содержит блок управления 100, к которому линией контроля 101 присоединен выход из контроллера датчиков 102. Газогенераторная электроустановка содержит датчики:

- газоанализатор 103, установленный на выходе из каталитического дожигателя 70,

- датчик температуры газогенераторного газа 104, установленный на выходе из теплообменника 49,

- датчик частоты вращения коленчатого вала 105,

- датчик положения регулятора 106,

- датчик положения дросселя 107.

Выходы из датчиков: газоанализатора 103, датчика температуры газогенераторного газа 104, датчик частоты вращения коленчатого вала 105, датчика положения регулятора 106 и датчик положения дросселя 107 линиями контроля 101 соединены с входами в контроллер датчиков 102 (фиг. 1 и 5).

На фиг. 7 приведена подробная схема ионизатора 73 и его энергоснабжения высоковольным электрическим током, (конструкция других ионизаторов - аналогичная.

Дополнительный ионизатор 73 содержит корпус 108 из диэлектрического материала, внешний электрод 109, выполненный из металла в форме цилиндра, внутренний электрод 110, выполненный из металла в виде втулки, одетой на осевой стержень 111, также выполненный из метала, радиальную перегородку 112 из диэлектрического материала с окнами 113 для прохода воздуха. На внешней поверхности внутреннего электрода 110 выполнены шипы 114 для интенсификации генерирования озона.

Первый провод высокого напряжения 115 и второй провод высокого напряжения 116 соединяют электроды 109 и 110 с источником высокого напряжения 117. Заземляющий провод 119 соединяет первый провод высокого напряжения 105 с заземлением 119.

К входу в источник высокого напряжения 117 присоединены низковольтные провода 120. В линии одного из низковольтных проводов 120 установлен регулируемый потенциометр 121 и регулируемый выключатель 122.

Устройство работает следующим образом (фиг. 1…7).

Загружают исходное сырье 12 (фиг. 1) через механизм загрузки 35 в главную полость 11. Воспламеняют исходное сырье 12 (система воспламенения на фиг. 1…7 не показана).

В газогенератор 1 подают воздух через систему подачи воздуха 88 от вентилятора 90, через открытый вентиль 89 и через патрубок подачи воздуха 54.

Воздух предварительно озонируют в основном ионизаторе воздуха 72. Исходное сырье 12 сгорает при недостатке воздуха и образуется генераторный газ с температурой 1200… 1300°С. Процесс синтеза газогенераторного газа идет при температуре от 1000 до 1300°С. Предпочтительно поддерживать температуру около 1300°С. При более низкой температуре газогенераторный газ не образуется в достаточном объеме.

Газогенераторный газ поступает во внутренний кольцевой зазор 10, где на ребрах 16 (фиг. 1 и 4) закручивается и центробежные силы отбрасывают твердые частицы 81 на периферию и они по наклонным боковой стенке 80 колосниковой решетки 22 через отверстия 23 вместе с золой 24 сбрасываются в зольный отсек 25.

Управление режимом горения в газогенераторе с целью получения максимальной мощности на выходе из электрогенератора 3 осуществляют следующим образом:

По команде с блока управления 100 на регулятор частоты вращения последний подает сигнал на увеличение частоты вращения регулятора частоты вращения 92. т.е. производительности компрессора 90.

Количество вырабатываемого газогенераторного газа естественно увеличивается и пропорционально увеличивается вырабатываемая газогенераторной электроустановкой мощность, что регистрирует ваттметр 97.

Однако при очень большом расходе воздуха полнота сгорания исзодного сырья 12 в газогенераторе 1 чрезмерно увеличивается, а как известно газогенераторный газ (синтез-газ) образуется при недостатке воздуха. Калорияность газогенераторного газа уменьшается и регистрируемая ваттметром 97 мощность уменьшается. Процесс увеличения расхода воздуха прекращают.

Полученный газогенераторный газ сжигают в ДВС 2. При образовании газогенераторного газа в газогенераторе 1 и сжигании его в ДВС 2 образуется значительное количество окислов азота NOx и других вредных примесей. Чем выше температура процесса процесса, тем больше содержание NOx.

Окислы азота NOx постоянно сжигаются в каталитическом дожигателе 70 (фиг. 1) и при необходимости - в аварийном дожигателе 71, например при выходе из строя ДВС 2.

При всех изменениях режима работы газогенератора 1 и ДВС 2 постоянно контролируют выброс вредных веществ при помощи газоанализатора 103 и принимают меры используя воздействие на источник высокого напряжения 105 (или источники высокого напряжения 105).

Работа источника высокого напряжения 105 и ионизаторов.

Дополнительный ионизатор 73 (и все другие ионизаторы) как упомянуто ранее, внешний электрод 97, выполненный из металла в форме цилиндра и внутренний электрод 98, выполненный из металла в виде втулки, одетой на осевой стержень 99, также выполненный из метала. При работе между внешним 97 и внутренним 98 электродами возникает разряд, который вызывает озонирование, т.е. получение из кислорода О₂ озона О₃.

Так как окислительные свойства озона примерно в 200 раз выше, чем у кислорода, то его применение в газогенераторе 1, ДВС 2, в аварийном дожигателе 70 и в каталитическом дожигателе 69 приводит к значительному (на порядок) уменьшению выброса вредных веществ.

Шипы 102 на внутреннем электроде 98 (фиг. 1) способствуют более интенсивному образованию озона.

Первый провод высокого напряжения 103 и второй провод высокого напряжения 104 соединяют электроды 97 и 98 с источником высокого напряжения 105. Заземляющий провод 106 соединяет первый провод высокого напряжения 103 с заземлением 107.

К входу в источник высокого напряжения 105 присоединены низковольтные провода 108. В линии одного из низковольтных проводов 108 установлен регулируемый потенциометр 109 и регулируемый выключатель 110. При помощи регулируемого выключателя 110 включают озонаторы, а при помощи регулируемого потенциометра регулируют режим их работы (напряжение питания озонаторов).

На практике напряжение питания на озонаторах увеличивают до тех пор пока уменьшение эмиссии вредных веществ в системе выхлопа продуктов сгорания 48 не прекратится. Процесс контролирует блок управления, используя показания газоанализатора 91 (фиг. 1). Весь процесс управления выполняет блок управления 100 (фиг. 1).

При этом количество NOx и др. вредных веществ в выхлопных газах уменьшается в несколько раз. Контроль за работой всех систем установки осуществляют при помощи датчиков (фиг. 1 и 4):

газоанализатор 91,

датчик температуры газогенераторного газа 92,

датчик частоты вращения коленчатого вала 93,

датчик положения регулятора 94,

датчик положения дросселя 95.

Осуществляют контроль работы газогенераторной энергоустановки и в зависимости от показаний этих датчиков при помощи блока управления 100, с которого подают сигналы на привода 31, 36, 47, 52, 61 и управляемый клапан 68, вибратор 79 (фиг. 1), управляемый потенциометр 109 и управляемый выключатель 110. (фиг. 7).

При применении схемы с двумя и более ДВС 2 (на фиг. 1..7 такой вариант не показан), один из ДВС 2 может быть отключен для профилактики.

В случае аварийной ситуации, например, при применении одного ДВС 2 и его отказе, или одновременном отказе всех ДВС 2 газогенератор 1 продолжает еще несколько часов работать и вырабатывать газогенераторный газ. Его нельзя сбрасывать в атмосферу, так как в нем содержится много окислов азота – N0x и других вредных веществ. Это может привести к ухудшению экологии окружающей среды.

Чтобы этого не произошло, открывают управляемый клапан 68 и газогенераторный газ сжигают в аварийном дожигателе 69.

Контроль за экологическим состоянием газогенераторной энергоустановки, как упомянуто ранее, осуществляют постоянно при помощи газоанализатора 91 и при превышении концентрации одного из вредных веществ корректируют работу ДВС 2 или меняют каталитический дожигатель 70 (фиг. 1).

Применение группы изобретений позволило:

1. Получить максимальную мощность на выходе электрогенератора при обеспечении предельно-допустимой концентрации вредных веществ в выхлопных газах.

2. Значительно снизить эмиссию вредных веществ в атмосферу за счет применения активатора топлива и ионизаторов воздуха на входе в газогенератор и ДВС и в воздушных системах, применяемых для улучшения работы каталитического и аварийного дожигателей.

3. Обеспечить полную автоматизацию работы установки, содержащей газогенератор и ДВС на бытовых отходах любых ТБО за счет блока управления, контроллера датчиков, датчиков наиболее важных параметров и приводов на загрузке, выгрузке и системах управления режимом работы газогенератора и ДВС.

4. Повысить КПД электроустановки за счет повышения температуры сгорания генераторного газа и уменьшения отдачи тепла в атмосферу.

5. Уменьшить вредное воздействие на экологию окружающей среды за счет уменьшения выброса вредных веществ в атмосферу. Это достигнуто применением каталитического и аварийного дожигателей.

5. Снизить входящую в ДВС температуру газогенераторного газа для обеспечения его работы применением теплообменника и радиатора.

6. Повысить надежность работы и снизить расходы на сервисное обслуживание ДВС за счет:

- снижения содержания смол и негорючих примесей в генераторном газе при его очистке в три стадии: предварительной очистки, тонкой очистки и химической очистки в дожигателях,

- дожигания вредных веществ в каталитическом дожигателе,

- возможности профилактического ремонта одного из нескольких ДВС,

- дожигания газогенераторного газа в аварийном дожигателе, который может иметь также, как и каталитический дожигатель, катализатор для нейтрализации вредных веществ.

Группа изобретений относится к энергетике и может быть использована для сжигания мусора и отходов древесины. Техническим результатом является обеспечение максимальной электрической мощности при обеспечении предельно допустимой концентрации вредных веществ в выхлопных газах. Сущность изобретений заключается в том, что при управлении газогенераторной электроустановкой путем подачи газогенераторного газа по газоводу в двигатель внутреннего сгорания постоянно производят активацию газогенераторного газа и озонирование подаваемого в газогенератор воздуха. После запуска газогенераторной электроустановки увеличивают расход подаваемого в него воздуха, одновременно измеряя мощность, вырабатываемую электрогенератором. При достижении максимального значения мощности прекращают увеличение расхода воздуха, при этом постоянно контролируют выброс вредных веществ из системы выпуска отработанных газов и при превышении их концентрации предельно допустимых норм увеличивают степень озонирования подаваемого в газогенератор воздуха. Дополнительно производят ионизацию воздуха, подаваемого в двигатель внутреннего сгорания, а также подают предварительно ионизированный воздух в систему выпуска отработанных газов перед каталитическим дожигателем. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ управления режимом работы газогенераторной электроустановки, включающем загрузку исходного сырья и подачу воздуха в газогенератор, воспламенение исходного сырья и подачу газогенераторного газа по газоводу в двигатель внутреннего сгорания, к которому присоединен электрогенератор для выработки электроэнергии, сброс выхлопных газов из системы выпуска отработанных газов двигателя внутреннего сгорания после его предварительной очистки в каталитическом дожигателе, тем, что постоянно производят активацию газогенераторного газа и озонирование воздуха, подаваемого в газогенератор, после запуска газогенераторной электроустановки увеличивают расход воздуха в газогенератор, одновременно измеряя мощность, вырабатываемую электрогенератором, и при достижении максимального значения прекращают увеличение расхода воздуха в газогенератор, при этом постоянно контролируют выброс вредных веществ из системы выпуска отработанных газов и при превышении их концентрации предельно допустимых норм увеличивают степень озонирования воздуха.

2. Способ управления режимом работы газогенераторной электроустановки по п. 1, отличающийся тем, что производят ионизацию воздуха подаваемого в двигатель внутреннего сгорания.

3. Способ управления режимом работы газогенераторной электроустановки по п. 1 или 2. отличающийся тем, что подают предварительно ионизированный воздух в систему выпуска отработанных газов перед каталитическим дожигателем.

4. Газогенераторная электроустановка, содержащая, газогенератор, содержащий в свою очередь, корпуса, загрузочное устройство и устройство выгрузки, систему подвода воздуха в газогенератор, систему очистки газогенераторного газа, к выходу которой присоединен вход газовода, выход которого подключен через теплообменник к форсунке в системе подачи топливовоздушной смеси двигателя внутреннего сгорания, коленчатый вал которого соединен с электрогенератором, соединенным проводами с потребителем энергии, отличающаяся тем, что между электрогенератором и потребителем энергии установлен ваттметр, на газоводе перед форсункой установлен активатор топлива, а в системе подвода воздуха установлен основной озонатор воздуха.

5. Газогенераторная электроустановка по п. 4, отличающаяся тем, что в системе подвода воздуха в двигатель внутреннего сгорания установлен дополнительный озонатор.

6. Газогенераторная электроустановка по п. 4 или 5, отличающаяся тем, что она оборудована блоком управления, к которому линиями управления присоединены первый привод, соединенный с механизмом выгрузки,

второй привод, соединенный с механизмом загрузки,

третий привод, соединенный с регулятором расхода,

четвертый привод, соединенный с дроссельной заслонкой,

пятый привод, соединенный вентилятором,

регулируемый привод, соединенный с уомпрессором,

регулируемый электрический привод, соединенный с водяным насосом,

вибратор, соединенный с колосниковой решеткой,

при этом входа всех приводов соединены с выходами из блока управления, к входу в блок управления присоединен линией контроля контролер датчиков, к контроллеру датчиков присоединены датчики:

- газоанализатор, установленный на выходе из каталитического дожигателя,

- датчик температуры газогенераторного газа, установленный на выходе из теплообменника,

- датчик частоты вращения коленчатого вала, установленный на коленчатом валу ДВС для контроля работы ДВС при запуске, останове и на основном режиме,

- датчик положения регулятора, установленный на регуляторе,

- датчик положения дросселя, установленный на дросселе,

- ваттметр, установленный между электрогенератором и потребителем энергии,

при этом выходы из датчиков: газоанализатора, датчика температуры газогенераторного газа, датчика частоты вращения коленчатого вала, датчика положения регулятора, датчика положения дросселя, и ваттметра линиями контроля соединены с входами в контроллер датчиков.

7. Газогенераторная электроустановка по п. 4 или 5, отличающаяся тем, что нижний торец внутренней цилиндрической стенки расположен на расстоянии h от нижнего торца средней стенки на расстоянии, определяемом из соотношения:

h=(0,05…0,10)Н₀,

где h - осевой зазор,

Н₀ - внутренняя высота среднего корпуса.

8. Газогенераторная электроустановка по п. 4 или 5, отличающаяся тем, что она содержит колосниковую решетку, которая при помощи тяги соединена с вибратором.

9. Газогенераторная электроустановка по п. 8, отличающаяся тем, что колосниковая решетка выполнена кольцевой формы с боковой стенкой в форме усеченного конуса.

10. Газогенераторная электроустановка по п. 4 или 5, отличающаяся тем, что двигатель внутреннего сгорания содержат систему выхлопа продуктов сгорания, в которой установлен каталитический дожигатель.

11. Газогенераторная электроустановка по п. 10, отличающаяся тем, что она содержит трубопровод подачи дополнительного воздуха с вторым дополнительным ионизатором воздуха.

12. Газогенераторная электроустановка по п. 4 или 5, отличающаяся тем, что к газоводу через управляемый клапан присоединен аварийный дожигатель.

13. Газогенераторная электроустановка по п. 12, отличающаяся тем, что она содержит второй трубопровод подачи дополнительного воздуха с третьим дополнительным ионизатором воздуха.