Спосіб подачі біомаси до напірного резервуара та пристрій для його здійснення

Реферат: Запропоновано спосіб подачі біомаси до напірного резервуара та пристрій для його здійснення. Згідно зі способом подачі біомаси до напірного резервуара газифікаційної установки для виробництва синтез-газу за допомогою шнекової транспортувальної системи шнекова транспортувальна система складається із принаймні двох шнекових транспортерів, при цьому шнекові транспортери розміщені аксіально один за іншим , при цьому між двома шнековими транспортерами розміщена ділянка без транспортувальних елементів, при якому швидкостями обертання шнекових транспортерів керують незалежно одна від іншої з формуванням у ділянці без транспортувальних елементів майже газонепроникної пробки з біомаси. Напірний резервуар газифікаційної установки для виробництва синтез-газу містить пристрій для подачі біомаси до напірного резервуара за допомогою шнекової транспортувальної системи, при цьому шнекова транспортувальна система складається із принаймні двох шнекових транспортерів, при цьому шнекові транспортери розміщені аксіально один за іншим і, при цьому між двома шнековими транспортерами розміщена ділянка без транспортувальних елементів, а також керуючий блок, виконаний з можливістю керування швидкостями обертання шнекових UA 101012 C2 (12) UA 101012 C2 транспортерів незалежно один від іншого з формуванням у ділянці без транспортувальних елементів майже газонепроникної пробки з біомаси. UA 101012 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Галузь винаходу Винахід стосується способу і пристрою для подачі біомаси до резервуару, що перебуває під надлишковим тиском. Вигідним застосуванням винаходу є подача біомаси до напірного газогенератора для одержання синтез-газу. Рівень техніки і загальний опис винаходу Зазвичай бажаною є експлуатація установок для газифікації для виробництва синтез-газу під підвищеним тиском від 2 до 100 бар, переважно від 12 до 40 бар. Сказане дійсне зокрема для промислових установок, синтез-газ яких має перероблятися у інші продукти або сам синтезгаз чи виготовлені з нього продукти мають бути подані до напірного трубопроводу або спалені у турбіні. В експлуатованих у даний час установках для газифікації біомаси зі значним надлишковим тиском використовують або роторні шлюзи, або напірні шлюзи, причому інтегровані шнекові транспортери подають біомасу без градієнтів тиску від шлюзів до газогенератора. Рівень техніки відображений у публікації: "Аналіз і оцінка термохімічної газифікації біомаси"; зведене видання "Відновлювані види сировини", том 29, видавництво Landwirtschaftsverlag GmbH, Münster (2006) ("Analyse und Evaluierung der thermochemischen Vergasung von Biomasse" Schriftenreihe "Nachwachsende Rohstoffe" Band 29, Landwirtschaftsverlag GmbH, Münster (2006)). При цьому суттєвими є сторінки 54-59 і таблиці 2-7 на стор. 72-73. Стандартні шнекові транспортери, в яких шнеки простягаються через усю зону від входу до виходу, наповнені, як правило, лише частково. Тому газ із напірного резервуару може витікати назад, назустріч напрямку подачі. Навіть у разі повного заповнення цього шнекового транспортера завдяки ущільненню транспортованого матеріалу за спіраллю шнека утворюється порожнина, у якій газ може витікати назад. У дослідницькому центрі міста Карлсруе був розроблений спосіб під назвою "Bioliq", згідно з яким біомасу перетворюють у придатну для помпування рідину. Спосіб описаний у публікації DE 102004019203В3. Хоча спосіб і уможливлює подачу одержаної таким чином рідини проти високого тиску, одначе він пов'язаний з високими витратами на приготування цієї рідини. Із спорідненої галузі подачі бурого вугілля до експлуатованого під незначним надлишковим тиском псевдозрідженого шару для вироблення тепла для парової енергетичної установки також не може бути почерпнута ідея подачі біомаси до резервуару, що перебуває під тиском понад 2 бар. Прикладами є відомий із публікації DE 19843255А1 трубчастий ланцюговий транспортер або поршневий транспортер, описаний у публікації DE 4431366А1. Найближчим за технічною суттю до технічного рішення винаходу є "Спосіб подачі біомаси до напірного резервуара", описаний у публікації US 4881862 А. Для транспортування біомаси використовується шнекова транспортна система з двома співвісно встановленими один за іншим шнековими транспортерами, між якими передбачена ділянка без транспортувальних елементів. Швидкість обертання шнекових транспортерів може бути вибрана різною. Керування швидкостями обертання, при якому швидкість обертання одного шнекового транспортера варіюється в залежності від швидкості обертання іншого, завдяки чому здійснюється узгодження швидкостей обертання у попередньо заданому співвідношенні, яке у свою чергу може варіюватися у залежності від швидкостей обертання, у цій публікації не розкрите. Задача винаходу полягає у розробці способу подачі різних видів біомаси до резервуару, що перебуває під тиском, за допомогою простого транспортувального пристрою. Задача вирішена у відповідному винаходові способі подачі біомаси до напірного резервуару газифікаційної установки для виробництва синтез-газу за допомогою шнекової транспортувальної системи, при цьому шнекова транспортувальна система складається із принаймні двох шнекових транспортерів, при цьому шнекові транспортери розміщені аксіально один за іншим і при цьому між двома шнековими транспортерами розміщена ділянка без транспортувальних елементів, тим, що швидкостями обертання шнекових транспортерів керують незалежно з формуванням у ділянці без транспортувальних елементів майже газонепроникної пробки з біомаси, а також у призначеному для здійснення способу напірному резервуарі газифікаційної установки для виробництва синтез-газу, який містить пристрій для подачі біомаси до напірного резервуару за допомогою шнекової транспортувальної системи, при цьому шнекова транспортувальна система складається із принаймні двох шнекових транспортерів, при цьому шнекові транспортери розміщені аксіально один за іншим і при цьому між двома шнековими транспортерами розміщена ділянка без транспортувальних елементів, а також керуючий блок, виконаний з можливістю керування швидкостями обертання шнекових транспортерів незалежно один від іншого з формуванням у ділянці без транспортувальних елементів майже газонепроникної пробки з біомаси. 1 UA 101012 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 У вигідній формі здійснення винаходу біомасу змішують з рідиною, а у іншій формі попередньо підігрівають. Біомаса є дуже складним видом сировини. Для термохімічної газифікації з одержанням синтез-газу можуть бути використані, наприклад: - Деревина з різним вмістом води і з найрізноманітнішою структурою, наприклад, тирса і стружки, - Енергетичні рослини у вигляді свіжої маси: бункеровані, спресовані, висушені, грубо чи дрібно подрібнені, - Нафта у суміші з твердою біомасою, - Зерно і волокна, - Харчові продукти усіх видів і відходи харчової промисловості, - Виділення із господарств для утримування тварин. Біомаса у вигляді однорідного матеріалу або якомога ширшої суміші матеріалів за допомогою шнекового транспортера має бути подана проти надлишкового тиску. Згідно з п. 1 формули винаходу самоущільнювальна подача біомаси до напірного резервуару здійснена завдяки тому, що послідовно один за іншим установлені два шнекові транспортери з незалежно регульованими швидкостями обертання. Завдяки цьому біомаса у проміжку між обома шнековими транспортерами може бути ущільнена настільки, що із біомаси утворюється майже герметична пробка. На відміну від систем з одним шнековим транспортером у відповідній винаходові двошнековій системі тиском у пробці можна керувати шляхом регулювання швидкості обертання послідовно з'єднаних шнеків. Відповідний винаходові пристрій має великий поперечний переріз і завдяки цьому уникається блокування чи негерметичність при подачі великих шматків біомаси. Таким чином, можлива подача біомаси з дуже різними властивостями. Опис прикладів Винахід детальніше описаний на прикладі (фіг.). Біомасу 1 подають через горловину 3, наприклад, від збірника з роторним шлюзом і випускають на виході 2 транспортера через фланець 14, з'єднаний з резервуаром, що перебуває під надлишковим тиском, або з наступним транспортером. Біомасу 1 спочатку пропускають через первинний шнековий транспортер, утворений шнековою трубою 6, шнековим валом 5 і шнековою спіраллю 4. Потім біомасу 1 просовують ділянкою 13 труби, що не містить транспортуючих елементів. Утворена у ділянці 13 труби пробка із біомаси досягає вторинного шнекового транспортера, утвореного шнековою трубою 6, шнековим валом 8 і шнековою спіраллю 9. В кінці транспортера біомаса на виході 2 потрапляє до камери, що перебуває під тиском. Виявилася доцільною наявність в кінці транспортера пасивного або активного розламувального пристрою 10. Швидкість обертання первинного шнекового транспортера, що приводиться в дію двигуном 12, значною мірою визначає продуктивність транспортування. Швидкість обертання вторинного шнекового транспортера, що приводиться в дію двигуном 11, значною мірою визначає герметичність транспортувальної установки. Тиск у ділянці 13 труби, вимірюваний датчиком 7 тиску, визначається швидкістю обертання вторинного шнекового транспортера, що приводиться в дію двигуном 11. Цей тиск пов'язаний з герметичністю транспортувальної установки. Оптимальне значення диску може бути визначене в залежності від виду біомаси за аналізом слідів газу, що проникає назустріч біомасі до вхідної горловини 3. Як правило, тиск у ділянці 13 труби вищий, ніж системний тиск у фланці 14. Із застосуванням винаходу можлива подача найрізноманітніших біомас до системи, що перебуває під вищим тиском. Це має велике економічне значення для промислової термохімічної газифікації біомаси з одержанням синтез-газу. Таким чином, пропонується транспортувальна установка для подачі біомаси до напірного резервуару. Подача однорідного твердого матеріалу, яким є біомаса, до резервуару, що перебуває під тиском, часто утруднена. Застосовувані досі роторні шлюзи і напірні шлюзи мають значні недоліки. Застосування стандартних шнекових транспортерів є незадовільним тому, що за спіраллю шнека утворюється порожнина, через яку може витікати газ із напірного резервуару. Цей недолік усувається тим, що у одній шнековій трубі 6 розміщено два незалежно керованих шнеки. Між первинним шнеком з приводом від двигуна 12 і вторинним шнеком з приводом від двигуна 11 внаслідок різної швидкості обертання двигунів 11 і 12 біомаса стискається і ущільнюється настільки, що утворюється майже герметична пробка 13. Винахід придатний зокрема для подачі біомаси до напірної установки газифікації для виробництва синтез-газу. 60 2 UA 101012 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 1. Спосіб подачі біомаси до напірного резервуара газифікаційної установки для виробництва синтез-газу за допомогою шнекової транспортувальної системи, при цьому шнекова транспортувальна система складається із принаймні двох шнекових транспортерів, при цьому шнекові транспортери розміщені аксіально один за іншим і, при цьому між двома шнековими транспортерами розміщена ділянка без транспортувальних елементів, при якому швидкостями обертання шнекових транспортерів керують незалежно одна від іншої з формуванням у ділянці без транспортувальних елементів майже газонепроникної пробки з біомаси. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що на вхід шнекової транспортувальної системи подають суміш грубо- та дрібнодисперсної фракцій біомаси. 3. Спосіб за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що біомасу змішують з рідиною. 4. Спосіб за будь-яким із пунктів 1-3, який відрізняється тим, що біомасу попередньо підігрівають. 5. Напірний резервуар газифікаційної установки для виробництва синтез-газу, який містить пристрій для подачі біомаси до напірного резервуара за допомогою шнекової транспортувальної системи, при цьому шнекова транспортувальна система складається із принаймні двох шнекових транспортерів, при цьому шнекові транспортери розміщені аксіально один за іншим і, при цьому між двома шнековими транспортерами розміщена ділянка без транспортувальних елементів, а також керуючий блок, виконаний з можливістю керування швидкостями обертання шнекових транспортерів незалежно один від іншого з формуванням у ділянці без транспортувальних елементів майже газонепроникної пробки з біомаси. 6. Напірний резервуар за п. 5, який відрізняється тим, що принаймні один шнековий транспортер виконаний з можливістю підігрівання. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3