Установка комбинированного производства тепловой и электрической энергии на базе двигателя внутреннего сгорания с использованием древесной щепы в качестве исходного топлива Российский патент 2022 года по МПК C10J3/30 C10J3/20 B01J7/00 

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для получения электрической и тепловой энергии на установках путем газификации твердого топлива из древесной щепы для получения генераторного газа, подаваемого на энергетический блок, вырабатывающий электрическую и тепловую энергию.

Известна установка для получения электрической и тепловой энергии путем газификации твердого топлива (патент РФ №2342542, МПК F01K 25/00, опубл. 27.12.2008 г.), содержащая газогенератор с бункерами загрузки топлива и выгрузки твердого остатка, модуль очистки полученного в газогенераторе генераторного газа и энергетический блок, отличающаяся тем, что модуль очистки генераторного газа выполнен в виде последовательно установленных и соединенных транспортирующими системами устройства для очистки от твердых загрязнений, теплообменного аппарата для охлаждения генераторного газа и удаления из него влаги и устройства тонкой очистки генераторного газа, выход которого соединен с аккумулятором, выход аккумулятора имеет возможность соединения с энергетическим блоком и с блоком утилизации излишков генераторного газа, причем установка снабжена рекуператором тепла отработавших газов, смесителем и увлажнителем, вход первого контура которого связан с газовым выходом газогенератора, выход первого контура - с устройством очистки топлива от твердых загрязнений, вход рекуператора связан с выходом энергетического блока, а выход - с первым входом смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго контура увлажнителя, а выход смесителя соединен с входом газогенератора.

Недостатком приведенного решения является то, что модуль очистки генераторного газа разделен на три последовательно соединенных блока. На внутренних стенках теплообменного аппарата будут оседать смолы и зола, что приведет к снижению эффективности охлаждения газа. Так же к недостаткам можно отнести необходимость оборотной воды для работы данной установки.

Известна также газогенераторная энергетическая установка (патент на ПМ РФ №137552, МПК C10J 3/20, опубл. 20.01.2014 г.), содержащая последовательно соединенные загрузочную камеру, газогенератор и вихревой уловитель с установленной под ними емкостью для золы, теплообменники, скрубберы, связанные с блоками водообработки, фильтр тонкой очистки и промышленный двигатель, отличающаяся тем, что установка снабжена автоматическими устройствами подачи сыпучего топлива из загрузочной камеры в газогенератор и выгрузки из него отработанных продуктов горения, причем первое представляет собой шнековый транспортер, а второе выполнено в виде вращающегося в металлическом корпусе шнека с возможностью передачи поступательного движения отработанным продуктам горения газогенератора в емкость для золы, при этом установка снабжена устройством очистки аспирационных газовоздушных потоков от взрывоопасных пылей, установленным перед фильтром тонкой очистки и представляющим собой круглый рукавный фильтр, выполненный в виде цельносварных модулей - конического бункера и цилиндрического корпуса, внутри которого вертикально расположены рукава с фильтрополотном с возможностью их встряхивания при помощи системы регенерации.

Однако данная установка не предназначена для выработки электрической и тепловой энергии из древесной щепы. К тому же установка включает в качестве фильтра грубой очистки скрубберы и блок водообработки. Скрубберы распыляют воду внутри фильтрационной камеры с помощью циркуляционного насоса. Это усложняет конструкцию и требует дополнительного расхода электроэнергии на подачу воды и обработку отработанной воды. Также распылительные насадки могут забиваться при обработке запыленных газов.

Наиболее близким аналогом является устройство для получения горючей газовой смеси из углеродсодержащего сырья, такого как древесина или тому подобного (заявка на изобретение Германии №102013003319, МПК C10J 3/30, опубл. 28.08.2014 г.), содержащее устройство хранения сырья с затворами, блок подачи сырья в реактор для окисления сырья, шнековый механизм и уровнемер, запорное устройство, зону окисления реактора и зону восстановления для восстановления промежуточного продукта окисления, реактор в зоне окисления содержит по меньшей мере одно выходное отверстие для окислителя и входное отверстие реактора.

Недостатком приведенного решения является низкая надежность эксплуатации из-за используемого наконечника с подшипниками на рычагах управления затворами на устройстве хранения сырья, которые выходят из строя при длительной эксплуатации. В установке отсутствует радиатор охлаждения двигателя внутреннего сгорания (ДВС), поэтому обязательно требуется потребитель тепловой энергии, без которого режим выработки электрической энергии невозможен. На модуле фильтрации очистка встряхиванием происходит от работы вибромотора, а механизм чистки внутренних труб теплообменника приводится в действии от второго электродвигателя, что усложняет конструкцию установки и увеличивает энергозатраты. Также можно отметить фланцевое соединение емкости для приема золы к шнеку выгрузки золы, что снижает удобство и увеличивает время опорожнения емкости.

Технической задачей предлагаемого технического решения является создание экологически безопасной газогенераторной установки, способной обеспечивать многочасовую работу без остановки с дозированной подачей топлива и эффективной системой очистки генераторного газа для выработки электрической и тепловой энергии.

Техническим результатом является автоматизация процесса дозированной загрузки топлива, эффективное очищение и охлаждение генераторного газа и автоматизация процесса выгрузки зольного остатка с сохранением герметичности системы.

Техническая задача решается установка комбинированного производства тепловой и электрической энергии на базе двигателя внутреннего сгорания с использованием древесной щепы в качестве исходного топлива, включающая хранилище древесной щепы, модуль топливного бункера с затворами и уровнемерами, шнековый механизм подачи топлива в модуль топливного бункера, модуль газогенератора, содержащий газогенератор и блок воздуходувки, шнековый механизм подачи топлива в модуль газогенератора, модуль фильтрации и охлаждения генераторного газа, газопоршневую электростанцию и систему автоматического управления.

Новым является то, что модуль топливного бункера состоит из приемного бункера и основного бункера, над которыми установлены шиберные затворы с электроприводом для дозированной подачи топлива; газогенератор включает приемник топлива с уровнемером щепы и пиролизную камеру, состоящую из наружной и внутренней обечаек, при этом к внутренней обечайке присоединен патрубок «труба в трубе» для подачи воздуха в пиролизную камеру от блока воздуходувки по внешней трубе и отвода пиролизного газа в модуль фильтрации и охлаждения по внутренней трубе; модуль фильтрации и охлаждения газа состоит из фильтра грубой очистки со шнековым механизмом для выгрузки золы, газоохладителя с турбулизаторами и фильтра тонкой очистки с рукавными фильтрами; при этом газоохладитель и фильтр тонкой очистки снабжены механизмом очистки в виде коромысел, приводимых в движение мотор-редуктором для перемещения турбулизаторов вверх-вниз и сжатия-разжатия рукавных фильтров.

Новым является также то, что модуль топливного бункера включает уровнемеры для измерения уровня топлива и передачи измеренных данных системе управления.

Новым является также то, что модуль газогенератора содержит уровнемер древесной щепы, датчики температуры в приемнике топлива, датчики температуры в пиролизной камере, датчик температуры газа на выходе из пиролизной камеры, датчик давления газа на входе и на выходе из пиролизной камеры.

Новым является также то, что наружняя и внутренняя обечайки пиролизной камеры имеют гильзы для установки датчиков температуры, внутренняя обечайка имеет отверстия для подачи воздуха в пиролизную камеру и установки трубчатого электронагревателя - ТЭНа для розжига.

Новым является также то, что блок воздуходувки состоит из воздуходувки, частотного регулятора и фильтра воздушного на входе в воздуходувку.

Новым является также то, что шнековый механизм подачи топлива в модуль газогенератора и шнековый механизм фильтра грубой очистки выполнены с уплотнением для сохранения герметичности установки.

Новым является также то, что в модуле фильтрации и охлаждения газа размещены датчик температуры газа и датчик давления газа.

Новым является также то, что модуль газопоршневой электростанции состоит из двигателя внутреннего сгорания с радиатором охлаждения и генератора переменного тока.

Новым является также то, что содержит систему утилизации тепла, состоящую из двух контуров для объединения тепловых потоков тепловой энергии и направления ее потребителю.

Преимуществами данного решения являются надежность установки и снижение энергопотребления.

Установка комбинированного производства энергии поясняется чертежами:

На фиг. 1 изображен общий вид установки комбинированного производства тепловой и электрической энергии;

На фиг. 2 изображена общая структурная схема установки комбинированного производства тепловой и электрической энергии;

На фиг. 3 изображен общий вид модуля топливного бункера и шнекового механизма;

На фиг. 4 изображен общий вид пиролизной камеры газогенератора;

На фиг. 5 изображен вид в разрезе модуля фильтрации и охлаждения газа.

Установка комбинированного производства тепловой и электрической энергии или модульная когенерационная установка (МКУ) состоит из модулей, функционально герметично соединяющихся между собой, согласно схеме (фиг. 1). Состав МКУ:

- Хранилище 1;

- Шнековый механизм 2 подачи топлива в бункер;

- Модуль топливного бункера 3;

- Общая рама 4;

- Шнековый механизм 5 подачи топлива в газогенератор;

- Модуль газогенератора 6 с газогенератором 7 и блоком воздуходувки 8;

- Модуль фильтрации и охлаждения газа 9;

- Модуль газопоршневой электростанции 10;

- Система утилизации тепла;

- Шкаф АСУТП (не показан на чертеже).

В состав поставляемой установки входят также предохранительные клапаны, запорная и регулирующая арматура, приборы и датчики КИПиА, технологические трубопроводы и заглушки, ЗИП и необходимые в эксплуатации и ремонте приспособления.

Хранилище 1 предназначено для хранения подготовленной древесной щепы, которая подается посредством шнекового механизма 2 подачи топлива с электроприводом 2.1 в модуль топливного бункера 3. Шнековый механизм 2 подачи топлива в модуль топливного бункера 3 устанавливается на опору, которая крепится жестко к основанию, верхняя часть шнека крепится к верхней части модуля топливного бункера 3 (фиг. 1).

Модуль топливного бункера 3 предназначен для загрузки в него древесной щепы и подачи щепы по мере необходимости шнековым механизмом 5 подачи топлива в модуль газогенератора 6.

Модуль топливного бункера 3 представляет собой прямоугольную емкость с горизонтальным фланцевым разъемом, состоящую из двух отсеков, приемного бункера 3.1 и основного бункера 3.2. Над приемным бункером 3.1 и основным бункером 3.2 расположены шиберные затворы 3.3, 3.4 с электроприводами, обеспечивающие загрузку древесной щепы, поступающей с хранилища 1. На верхних частях отсеков установлены смотровые люки 3.5, 3.6 (фиг. 1, 3).

Для контроля уровня древесной щепы в каждом отсеке модуля топливного бункера 3 установлены флажковые уровнемеры 3.7, 3.8) По сигналу уровнемера 3.7 производится открытие и закрытие шиберного затвора 3.3 приемного бункера 3.1. По сигналу уровнемера 3.8 производится открытие и закрытие шиберного затвора 3.4 основного бункера 3.2.

В основном бункере 3.2 размещен датчик давления 3.9. Также в модуле размещен отсечной электроклапан НЗ 3.10 (фиг. 2).

Модуль топливного бункера 3 установлен на собственных четырех опорах, закрепленных жестко к общей раме 4. Рама 4 установлена на монолитном жестком полу помещения, в котором эксплуатируется МКУ (фиг. 1).

Шнековый механизм 5 обеспечивает подачу древесной щепы из бункера в модуль газогенератора 6 МКУ и представляет собой шнек 5.1, установленный в трубу 5.2. По краям шнека в трубе установлены подшипниковые опоры, имеющие масленки для периодической смазки подшипников. В нижней части трубы имеется фланцевый разъем, через который проходит вал шнека, приводимый мотор-редуктором 5.3. Для исключения утечек пиролизного газа через шнековый механизм 5, в месте фланцевого разъема в нижней части шнекового механизма 5 установлено уплотнение вала шнека. Шнековый механизм 5 размещается под основным бункером 3.2 модуля топливного бункера 3 под углом 30 - 45° от горизонтальной плоскости (фиг. 3).

Модуль газогенератора 6 обеспечивает получение пиролизного газа из древесной щепы путем ее термической обработки и является основным в когенерационной установке.

Модуль газогенератора 6 состоит из газогенератора 7 и блока воздуходувки 8. Также модуль газогенератора 6 содержит клапаны отсечные электрические НО 6.1, 6.2, кран шаровой запорный 6.3, датчик температуры в приемнике топлива 6.4, датчики температуры в пиролизной камере 6.5 - 6.11, датчик температуры газа на выходе из пиролизной камеры 6.12, датчик давления газа на входе 6.13 и на выходе из пиролизной камеры 6.14 (фиг. 2).

Газогенератор 7 содержит приемник топлива 7.1 и пиролизную камеру 7.2.

Приемник топлива 7.1 находится в верхней части газогенератора. Внутри приемника топлива 7.1 установлен уровнемер щепы 7.3 с электроприводом 7.4. Для доступа к механизму уровнемера щепы во время технического обслуживания, а также загрузки угля при первом запуске наверху приемника топлива 7.1 расположен горизонтальный люк 7.5. Горизонтальное исполнение люка обеспечивает безопасную эксплуатацию устройства (фиг. 1, 2).

Конструкция пиролизной камеры 7.2 представляет собой две вертикальные цилиндрические обечайки 7.21, 7.22, расположенные концентрично относительно общей вертикальной оси, сверху и снизу ограниченные силовыми фланцами 7.23, 7.24, приваренными к обечайкам без зазоров. Крепежная часть фланцев выходит за наружный диаметр внешней обечайки 7.22. К нижнему фланцу 7.24 при сборке крепится дно газогенератора, а к верхнему фланцу 7.23 крепится корпус приемника топлива 7.1 (фиг. 4).

В середине между верхним посадочным пояском диафрагмы и плоскостью верхнего фланца 7.23 внутренняя и внешняя обечайки 7.21, 7.22 имеют семь равномерно расположенных гильз 7.25, в которые вставляются датчики температуры 6.5 - 6.11, имеющие выход за внешнюю обечайку 7.22. На этом же уровне на внутренней обечайке 7.21 выполнены семь равномерно расположенных отверстий, в которые без зазоров установлены, на резьбовых соединениях, семь форсунок, имеющие выход за внешнюю обечайку 7.22 в виде муфт 7.26 для подачи воздуха в пиролизную камеру 7.2, одна из форсунок предназначена для установки электрического ТЭНа 7.6 для розжига. В нижней части обечайки 7.22 вварен патрубок 7.27, содержащий внутреннюю трубу 7.28. По патрубку 7.27, который представляет собой внешнюю трубу, осуществляется подача воздуха в пиролизную камеру 7.2 от блока воздуходувки 8 (фиг. 4). По внутренней трубе осуществляется отвод пиролизного газа в модуль фильтрации и охлаждения 9. В нижней части пиролизной камеры 7.2 находится коллектор золы 7.7 с люком 7.8 для обслуживания, а для измельчения угля установлены ножи и отсекатели с электроприводом 7.9 (фиг. 2). Пиролизная камера 7.2 выполнена из жаропрочной нержавеющей стали. Температура в зоне горения угля составляет от 1000 до 1200°С.

Блок воздуходувки 8 состоит из воздуходувки 8.1, частотного регулятора 8.2 и фильтра воздушного 8.3 на входе в воздуходувку 8.1 (фиг. 2).

Модуль газогенератора 6 и блок воздуходувки 8 установлены на собственных опорах, которые закреплены жестко к общей раме 4, и обвязаны трубопроводами и трубопроводной арматурой (фиг. 1).

Модуль фильтрации и охлаждения газа 9 представляет собой три цилиндрические обечайки, установленные вертикально и соединенные между собой силовыми фланцами (фиг. 5). Крепежная часть фланцев выходит за наружный диаметр обечаек. Детали модуля изготовлены из жаропрочной нержавеющей стали.

Модуль фильтрации и охлаждения 9 состоит из трех секций:

1. Нижняя секция является фильтром грубой очистки 9.1 и выполнена в виде вертикальной цилиндрической обечайки 9.2 со скошенным дном и патрубком 9.26, через который поступает газ. В нижней части секции размещается шнековый механизм 9.3 с электроприводом 9.4 под углом 30 ÷ 45° от горизонтальной плоскости, обеспечивающий выгрузку золы во внешнюю емкость 9.5. Для исключения утечек пиролизного газа через шнековый механизм 9.3, в месте фланцевого разъема в нижней части шнекового механизма 9.3 установлено уплотнение вала шнека.

2. Средняя секция представляет собой газоохладитель 9.6, выполненный в виде герметичной сварной цилиндрической обечайки 9.7. Внутри обечайки 9.7 установлены четыре турбулизатора 9.8 в виде патрубков со спиралями, через которые газ после закрутки и фильтрации поступает из нижней части средней секции в среднюю секцию. Турбулизаторы 9.8 соединяются с нижней решеткой 9.9 и верхней решеткой 9.10. На нижней 9.9 и верхней решетке 9.10 расположены входной и выходной патрубки 9.11, 9.12 для подвода и отвода охлаждающей воды соответственно.

3. Верхняя секция является фильтром тонкой очистки 9.13, выполненным в виде вертикальной цилиндрической обечайки 9.14 с четырьмя рукавными фильтрами 9.15 внутри. Нижняя часть рукавных фильтров 9.15 закреплена к нижней части обечайки 9.14. В верхней части секции находятся два газоотводных патрубка 9.16, 9.17.

В средней и верхней секции находится механизм для очистки внутренних труб и встряхивания рукавных фильтров с приводами 9.18, 9.19 и мотор-редуктором. Механизм состоит из двух пар коромысел, нижних и верхних 9.20, 9.21, совершающих возвратно-поступательные движения. Нижние коромысла 9.20 управляют движением вверх-вниз турбулизаторов 9.8. Верхние коромысла 9.21 управляют сжатием и разжатием рукавных фильтров 9.15.

В модуле размещены датчик температуры газа 9.22 и датчик давления газа 9.23. Модуль фильтрации и охлаждения газа 9 установлен на встроенные опоры, закрепленные жестко к общей раме 4, и обвязан трубопроводами и трубопроводной арматурой. Модуль фильтрации и охлаждения газа 9 связан трубопроводом с газоохладителем пиролизных газов 9.24. На выходе модуля 9 размещен датчик температуры 9.25.

Модуль газопоршневой электростанции 10 представляет собой двигатель внутреннего сгорания 10.1 с радиатором охлаждения ДВС 10.2, соединенный муфтой с генератором переменного тока. ДВС и генератор тока смонтированы на единой раме. Двигатель вращает электрогенератор. Электрогенератор вырабатывает электрический ток для потребителя.

Электростанция также оснащается смесительным узлом, шаровыми кранами с электроприводом 10.3, 10.4, дополнительным воздушным фильтром топлива 10.5, аварийным фильтром газа 10.6 и датчиком давления 10.7 (фиг. 2). Модуль газопоршневой электростанции 10 связан трубопроводом с теплообменником выхлопных газов 10.8.

Модуль газопоршневой электростанции 10 выполнен в закрытом шумопоглащающем металлическом корпусе с собственными опорами, которые закреплены жестко к бетонному основанию, и обвязан трубопроводами и трубопроводной арматурой подачи генераторного газа.

Для предупреждения аварийной ситуации при работе МКУ на верхней части топливного бункера 3 и корпусе приемника топлива 7.1 установлены мембранные предохранительные клапаны с давлением срабатывания разрыва мембраны 15 кПа. Аварийный сброс газа выполняется на свечу автоматически при достижении концентрации взрывоопасной смеси 20 % нижнего концентрационного предела воспламенения (НКПВ), при 40 % НКПВ осуществляется аварийный останов агрегата, или вручную с местной панели управления, расположенной в шкафу АСУТП.

Система утилизации тепла (СУТ) представляет собой решение, включающее в себя различные механизмы и агрегаты, дающие возможность эффективно использовать тепло, вырабатываемое генератором (система охлаждения ДВС, тепло дымовых газов, тепло от охлаждения пиролизных газов), объединить тепловые потоки тепловой энергии и направить ее потребителю.

Конструктивно СУТ состоит из двух контуров. Газоохладитель 9.24, газоохладитель 9.6 модуля фильтрации и охлаждения 9, теплообменник выхлопных газов 10.8, электрический насос 10.9, первый теплообменник потребителя 11 и тепловентилятор 12 образуют первый контур. Радиатор охлаждения ДВС 10.2 и второй теплообменник потребителя 13 составляют второй контур СУТ (фиг. 2).

Система автоматического управления (САУ) МКУ размещена в шкафу АСУТП, обеспеченном дополнительной системой вентиляции и освещения. Внутри шкафа АСУТП имеется оборудование, обеспечивающее питание и защиту электроприводов МКУ.

Установка для получения тепловой и электрической энергии работает следующим образом (фиг. 2).

Хранилище 1 загружают подготовленной древесной щепой до верхней части стенки. На газогенераторе открывают люк 7.5 и засыпают пиролизную камеру 7.2 до верха подготовленным углем, обеспечивающим процесс начала горения в пиролизной камере 7.2. Операцию засыпки угля проводят только при первом пуске установки. При последующих пусках МКУ, уголь уже находится в пиролизной камере 7.2 от предыдущей работы МКУ.

Включают САУ и низковольтное комплектное устройство МКУ.

Проводят проверку герметичности модулей МКУ кроме модуля газопоршневой электростанции 10: закрывают отсечной электроклапан 6.2 для продувки, открывают с панели управления САУ отсечной электроклапан 6.1 и включают воздуходувку 8.1; выполняют наддув внутренних полостей МКУ до избыточного давления 0,10 кгс/см². Затем выключают воздуходувку 8.1 и закрывают отсечной электроклапан 6.1. Выдерживают под этим давлением все наддутые модули в течение одного часа. Если давление по датчику 6.13 не падает, то вся система считается герметичной. Если давление снижается от первоначально установленного, проводят проверку герметичности всех стыков проверяемых аппаратов и их трубопроводов методом обмыливания.

Включают приводы уровнемера 7.3 и уровнемеров 3.7, 3.8. Включают привод 2.1 шнекового механизма 2 и загружают щепу в приемный бункер 3.1. Привод 2.1 выключают по сигналу уровнемера 3.7. Включают привод уровнемера 3.7 для закрытия шиберного затвора 3.3. Указанные операции повторяются до заполнения основного бункера 3.2 щепой по сигналу уровнемера 3.8.

Включают привод шнека 5.1 шнекового механизма 5 и загружают щепу в приемник топлива 7.1. Выключают привод 5.1 по сигналу уровнемера 7.3. Открывают клапан 6.2 для выхода газа на свечу и клапан отсечной 6.1. Включают воздуходувку 8.1, обеспечивая наддув пиролизной камеры 7.2.

Подают напряжение на керамический ТЭН 7.6 и разжигают древесную щепу в пиролизной камере 7.2. Если процесс пиролиза щепы в пиролизной камере 7.2) пошел, то датчик давления 6.14 в пиролизной камере 7.2 начнет показывать подъем давления до 0,05 кгс/см². При этом керамический ТЭН 7.6 отключается автоматически. Пиролизный газ через клапан 6.2 выходит на свечу.

Горячий газ после газогенератора поступает по трубопроводу тангенциально в верхнюю часть нижней секции модуля фильтрации и охлаждения 9, где происходит закрутка потока и за счет центробежных сил часть примесей, содержащихся в газе, отфильтровывается и собирается в нижней части. Зола выгружается во внешнюю емкость 9.5 шнековым механизмом 9.3. Далее охлаждаемый газ подается в турбулизаторы 9.8, через которые газ после закрутки и фильтрации поступает из нижней части средней секции в среднюю секцию, а затем в верхнюю секцию модуля фильтрации и охлаждения 9. Частицы пыли, содержащиеся в пиролизном газе, проходя сквозь рукава, оседают на внутренних стенах фильтров, затем газ из верхней секции поступает через газоотводный трубопровод 9.16 в ДВС 10.1.

Механизм очистки внутренних труб теплообменника и встряхивание рукавных фильтров работает следующим образом. При включении мотор-редуктора совершаются возвратно-поступательные движения коромысел 9.20, 9.21. Нижние коромысла 9.20 в средней секции вращают ось, на которой подвешены турбулизаторы 9.8. За счет вращения оси, коромысла 9.20 попарно отпускают и поднимают турбулизаторы 9.8. При движениях вверх/вниз с внутренних стенок соскребается весь налет. Верхние коромысла 9.21 в верхней секции вращают ось, на которой подвешены четыре рукавных фильтра 9.15. За счет вращения оси, коромысла 9.21 попарно сжимают и разжимают рукава.

Газ, полученный в результате пиролизного разложения древесной щепы, направляется в модуль газопоршневой электростанции 10, где происходит его сгорание и выделение тепловой энергии. Для этого запускают ДВС 10.1 модуля газопоршневой электростанции 10 открытием шарового крана 10.3 и закрытием отсечного электроклапана 6.2. Пиролизный газ начинает поступать в ДВС 10.1. Запускают электрогенератор. При вращении электрогенератор начинает выдавать электроэнергию для потребителя.

Охлаждающая жидкость проходит через насос 10.9 и поступает в газоохладитель 9.24, где охлаждает газ с 100°С до 60°С. После, охлаждающая жидкость поступает в газоохладитель 9.6 модуля фильтрации и охлаждения 9, где охлаждает газ с 450°С до 100°С. Далее, охлаждающая жидкость направляется в теплообменник выхлопных газов 10.8, где происходит охлаждение выхлопных газов с 450°С до 150°С. После этого, охлаждающая жидкость поступает в первый теплообменник потребителя 11, где отдает тепло и идет на следующий круг циркуляции. В случае отсутствия внешнего потребителя тепловой энергии перекрывается линия съема тепла с теплообменника выхлопных газов 10.8 и остаток теплоты отводится при помощи тепловентилятора 12.

Во втором контуре СУТ нагретый в результате охлаждения двигателя, антифриз направляется в первый термостат 14, где направляется в малый циркуляционный контур при условии, что температура теплоносителя менее 87°С. Далее теплоноситель попадает во второй термостат 15, где проходит через него и попадает в насос-помпу при условии, что теплоноситель имеет температуру ниже 70°С. Если температура теплоносителя более 87°С, то теплоноситель начинает циркулировать по большому кругу, где отдает тепло окружающей среде через радиатор охлаждения 10.2. В случае, когда температура теплоносителя находится в пределах от 70°С до 87°C, происходит циркуляция по малому кругу через второй теплообменник потребителя 13, где тепло отдается внешнему потребителю. В случае отсутствия внешнего потребителя тепловой энергии производится отвод тепла из системы через радиатор охлаждения 10.2.

САУ МКУ контролирует работу установки следующим образом. По сигналу уровнемера 7.3 САУ МКУ включает привод шнекового механизма 5 и пополняет древесную щепу в пиролизную камеру 7.2 по мере ее расходования, а также будет периодически, с интервалом 30 минут с момента пуска, включать на 10 сек. Электропривод 7.9 ножей и отсекателей для перемешивания и измельчения угля с целью освобождения колосниковых проходов для поступления воздуха, обеспечивающего процесс горения угля и разложения древесной щепы с выделением пиролизного газа. Цикл выработки электроэнергии завершается, когда древесная щепа и процесс горения в пиролизной камере 7.2 заканчиваются.

При снижении давления в пиролизной камере 7.2 до 0,01 кгс/см², по показанию датчика давления 6.14 выключают воздуходувку 8.1 и закрывают клапан отсечной 6.1, дают остыть корпусу пиролизной камеры 7.2. Закрывают клапаны 3.10, 10.3 и открывают клапан 6.2. Проводят продувку воздухом установки МКУ в течение 15 минут, открытием шарового крана 6.3 и включением воздуходувки 8.1. Затем выключают воздуходувку 8.1, закрывают клапаны отсечные 6.1, 6.2 и краны шаровые 6.3, 10.3.

Предлагаемая газогенераторная установка экологически безопасна, способна обеспечивать многочасовую работу без остановки с дозированной подачей топлива и эффективной системой очистки генераторного газа для выработки электрической и тепловой энергии.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для получения электрической и тепловой энергии на установках путем газификации твердого топлива. Установка комбинированного производства тепловой и электрической энергии с использованием древесной щепы, включает хранилище 1 древесной щепы, модуль топливного бункера 3 с затворами и уровнемерами, модуль газогенератора 6, шнековые механизмы 2, 5 подачи топлива, модуль 9 фильтрации и охлаждения генераторного газа, газопоршневую электростанцию 10 на базе ДВС, систему утилизации тепла и систему автоматического управления. Модуль топливного бункера 3 состоит из приемного бункера 3.1 и основного бункера 3.2, над которыми установлены шиберные затворы 3.3, 3.4 с электроприводом для дозированной подачи топлива. Газогенератор 7 включает приемник 7.1 топлива с уровнемером 7.3 щепы и пиролизную камеру 7.2, состоящую из наружной 7.21 и внутренней 7.22 обечаек, при этом к внутренней обечайке 7.22 соединен патрубок «труба в трубе» 7.27 для подачи воздуха в пиролизную камеру 7.2 по внешней трубе и отвода пиролизного газа по внутренней трубе. Модуль 9 фильтрации и охлаждения газа состоит из фильтра грубой очистки 9.1 со шнековым механизмом 9.3 для выгрузки золы, газоохладителя 9.6 с турбулизаторами 9.8 и фильтра тонкой очистки 9.13 с рукавными фильтрами 9.15. Газоохладитель 9.6 и фильтр тонкой очистки 9.13 снабжены механизмом очистки в виде коромысел 9.20, 9.21, приводимых в движение мотор-редуктором для перемещения турбулизаторов 9.8 вверх-вниз и сжатия-разжатия рукавных фильтров 9.15. Технический результат - автоматизация процесса дозированной загрузки топлива, эффективное очищение и охлаждение генераторного газа и автоматизация процесса выгрузки зольного остатка с сохранением герметичности системы. 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Установка комбинированного производства тепловой и электрической энергии на базе двигателя внутреннего сгорания с использованием древесной щепы в качестве исходного топлива, включающая хранилище древесной щепы, модуль топливного бункера с затворами и уровнемерами, шнековый механизм подачи топлива в модуль топливного бункера, модуль газогенератора, содержащий газогенератор и блок воздуходувки, шнековый механизм подачи топлива в модуль газогенератора, модуль фильтрации и охлаждения генераторного газа, газопоршневую электростанцию и систему автоматического управления, отличающаяся тем, что модуль топливного бункера состоит из приемного бункера и основного бункера, над которыми установлены шиберные затворы с электроприводом для дозированной подачи топлива; газогенератор включает приемник топлива с уровнемером щепы и пиролизную камеру, состоящую из наружной и внутренней обечаек, при этом к внутренней обечайке присоединен патрубок «труба в трубе» для подачи воздуха в пиролизную камеру от блока воздуходувки по внешней трубе и отвода пиролизного газа в модуль фильтрации и охлаждения по внутренней трубе; модуль фильтрации и охлаждения газа состоит из фильтра грубой очистки со шнековым механизмом для выгрузки золы, газоохладителя с турбулизаторами и фильтра тонкой очистки с рукавными фильтрами; при этом газоохладитель и фильтр тонкой очистки снабжены механизмом очистки в виде коромысел, приводимых в движение мотор-редуктором для перемещения турбулизаторов вверх-вниз и сжатия-разжатия рукавных фильтров.

2. Установка комбинированного производства тепловой и электрической энергии по п.1, отличающаяся тем, что модуль топливного бункера включает уровнемеры для измерения уровня топлива и передачи измеренных данных системе управления.

3. Установка комбинированного производства тепловой и электрической энергии по п.1, отличающаяся тем, что модуль газогенератора содержит уровнемер древесной щепы, датчики температуры в приемнике топлива, датчики температуры в пиролизной камере, датчик температуры газа на выходе из пиролизной камеры, датчик давления газа на входе и на выходе из пиролизной камеры.

4. Установка комбинированного производства тепловой и электрической энергии по п.1, отличающаяся тем, что наружняя и внутренняя обечайки пиролизной камеры имеют гильзы для установки датчиков температуры, внутренняя обечайка имеет отверстия для подачи воздуха в пиролизную камеру и установки трубчатого электронагревателя - ТЭНа для розжига.

5. Установка комбинированного производства тепловой и электрической энергии по п.1, отличающаяся тем, что блок воздуходувки состоит из воздуходувки, частотного регулятора и фильтра воздушного на входе в воздуходувку.

6. Установка комбинированного производства тепловой и электрической энергии по п.1, отличающаяся тем, что шнековый механизм подачи топлива в модуль газогенератора и шнековый механизм фильтра грубой очистки выполнены с уплотнением для сохранения герметичности установки.

7. Установка комбинированного производства тепловой и электрической энергии по п.1, отличающаяся тем, что в модуле фильтрации и охлаждения газа размещены датчик температуры газа и датчик давления газа.

8. Установка комбинированного производства тепловой и электрической энергии по п.1, отличающаяся тем, что модуль газопоршневой электростанции состоит из двигателя внутреннего сгорания с радиатором охлаждения и генератора переменного тока.

9. Установка комбинированного производства тепловой и электрической энергии по пп.2 – 8, отличающаяся тем, что модуль газопоршневой электростанции состоит из двигателя внутреннего сгорания с радиатором охлаждения и генератора переменного тока.

10. Установка комбинированного производства тепловой и электрической энергии по одному из пп.8 или 9, отличающаяся тем, что содержит систему утилизации тепла, состоящую из двух контуров для объединения тепловых потоков тепловой энергии и направления ее потребителю.