Газогенератор

Реферат: Газогенератор для термічної конверсії твердого палива містить корпус переважно циліндричної форми із зовнішньою та внутрішньою обичайками, засоби подачі окислювача, розташовані у нижній частині корпусу, засоби подачі палива, розташовані у верхній частині корпусу, засоби збору коксо-зольного залишку і колосникову решітку, розташовані у нижній частині корпусу, засоби збору генераторного газу та засіб відведення його на утилізацію. Газогенератор має між внутрішньою та зовнішньою основними циліндричними стінами додаткову стінку, які оснащені перепуском у нижній частині стінок, при цьому відстань між зовнішньою стінкою та додатковою належить до відстані між внутрішньою стінкою та додатковою як (1,9-2,1) до 1. UA 116431 U (54) ГАЗОГЕНЕРАТОР UA 116431 U UA 116431 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі енергетики і може бути застосована в металургії і хімічний промисловості, комунально-побутовому та сільському господарстві для термічної конверсії твердого палива. Корисна модель, що заявляється, належить до галузі термічної переробки та обробки твердих матеріалів, що містять сполуки водню та вуглецю, в тому числі відходів, зокрема мулових відходів, частини побутового та промислового сміття, а саме до апаратів газифікації, що виробляють генераторний газ (газогенераторів, газифікаторів), який використовується в подальшому як паливо в енергетичному обладнанні, а тверді залишки, які утворилися в процесі газифікації в залежності від глибини переробки, використовуються як паливо, наповнювач фільтруючих елементів, основа добрив або утилізуються. Технічні вимоги до отриманого генераторного газу аналогічні до основних вимог до газоподібного палива. Фізичний та хімічний склад генераторного газу та продуктів його спалення повинні відповідати екологічним нормам та технічнім особливостям пальників у енергетичному обладнанні. Наприклад, норми по вмісту пилу та шкідливих речовин пилу (1), обмежують вміст оксидів азоту, оксидів вуглецю, сірки, канцерогенних речовин, діоксину фурану та інших. Основною вимогою до генераторного газу, що використовується в енергетичному обладнанні як паливо, є мінімізація сторонніх домішок - смол та твердих часток. Зокрема 10 стандартом [U.S. EPA. Locating and Estimating Air Emissions From Sources of Dioxins and Furans. EPA-454/R-97-003. Research Triangle Park, North Carolina 27711, 1997], розробленим в США, обмежено викиди таких хімічних сполук як діоксини та споріднені з ними фурани, попадання яких у навколишнє середовище є дуже шкідливим для людини та природи. Відома конструкція газогенератора для термічної конверсії твердого палива (патент на корисну модель "Пристрій на переробку твердого палива" Патент RU 2299901С2 від 27.05.2007 Бюл. № 15, МПК 2006.01: С10В 47/04, С10В 53/68, С10J 3/20), яка містить металевий корпус, що має зовнішній та внутрішній шари, трубопровід для подачі окислювача (повітря або повітря збагаченого киснем) у нижню частину реакційної зони шахти газогенератора, засипний отвір для загрузки сировини, який знаходиться у верхній частиш корпусу, пристрій для збору коксозольного залишку і колосникову решітку, розташовані у нижній частині корпусу, трубопровід для відведення одержаного генераторного газу та засіб відведення генераторного газу на утилізацію. До складу основного устаткування входять контролюючі та вимірювальні засоби для зміни витрати окислювача у реакційну зону та вимірювання температури генераторного газу. Деякі з відомих конструкцій газогенераторів оснащені теплообмінниками для охолодження отриманого генераторного газу та утилізації його фізичної теплоти. Найбільш відомий газогенератор для термічної конверсії твердого палива є генератор, у патенті на корисну модель "Пристрій для переробки твердого палива" (патент RU 2299901C2, опублікованого 27.05.2007 у бюл. №15, МПК-2006.01: С10В 47/04, C10J 3/20), який має корпус циліндричної форми із зовнішньою та внутрішньою обичайками, засоби подачі окислювача та колосникову решітку, розташовані в нижній частині корпусу, засоби подачі палива, розташовані у верхній частині корпусу, засоби збору та відведення генераторного газу. При цьому засіб відведення генераторного газу на утилізацію обладнаний гідрозатвором. Колосникова решітка встановлена на меншому перерізі зрізаного конусу, приєднаного до циліндричного корпусу більшою основою. Додатково корпус газогенератора обладнаний водяною сорочкою, яка виконує роль теплообмінника для всього газогенератора та утворена як простір між внутрішньою та зовнішньою обичайками корпусу, заповнений водою. Недоліком конструкції аналогу є те, що температурні поля та розподіл газових потоків по горизонтальному перерізу робочого простору на різних горизонтах дуже нерівномірні, що призводить до зменшення ефективності роботи газогенератора. Крім того, отриманий генераторний газ містить в собі практично всі шкідливі компоненти, які виносяться з реакційної зони. Найбільш близьким до корисної моделі, що заявляється, є газогенератор для термічної конверсії твердого палива (Бюл. № 12 від 25.06.2015, патент на корисну модель UA 99716, кл. С10В 49/02 C10J 3/20). Недоліком прототипу є складність виготовлення конструкції, додаткові вимоги до контролю за тиском і температурою в охолоджуючій сорочці; розташування колосникової решітки призводить до погіршення розподілення окислювача в матеріалі, який обробляється, виникнення нерівномірності температур в реагуючому шарі, погіршення якості переробки матеріалу та виробленого газу. Наявність конусу, що звужується, в нижній частині корпусу газогенератора призводить до зависання палива в газогенераторі і унеможливлює переробку палив, зола яких схильна до злипання. Крім того, розташування та конструкція водяної сорочки 1 UA 116431 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 призводить до того, що вода використовується для охолодження тільки стінок корпусу газогенератора, що веде до зниження ефективності використання потенціалу вихідного палива і ускладнює застосування виробленого газу. Загальними рисами корисної моделі, що заявляється, та прототипу, є наявність корпусу переважно циліндричної форми із зовнішньою та внутрішньою обичайками, засобів подачі окислювача, засобів сбіру коксо-зольного залишку і колосникову решітку, розташованих в нижній частині корпусу, засобів подачі палива, засобів збору та відведення генераторного газу на утилізацію розташованих у верхній частині корпусу. В основу корисної моделі ставиться задача: спрощення конструкції апарата газифікації покращення умов для переробки мало реакційних матеріалів та матеріалів з підвищеною вологістю; зменшення кількості шкідливих компонентів, що містяться у одержаному генераторному газі; покращення екологічних умов для подальшого спалення генераторного газу; підвищення ефективності роботи газогенератора за рахунок розподіленого підводу окислювача; використання фізичної теплоти газів; зменшення теплових втрат. Поставлена задача вирішується тим, що газогенератор для термічної конверсії твердого палива, який містить корпус переважно циліндричної форми із зовнішньою та внутрішньою обичайками, засоби подачі окислювача, розташовані у нижній частині корпусу, засоби подачі палива розташовані у верхній частині корпусу, засоби збору коксо-зольного залишку і колосникову решітку, розташовані у нижній частині корпусу, засоби збору генераторного газу та засоби відведення його на утилізацію, згідно з корисною моделлю має між внутрішньою та зовнішньою основними циліндричними стінкам (обичайками) додаткову стінку, які оснащені перепуском у нижній частині стінок. Причому відстань між зовнішньою стінкою та додатковою стінкою належить до відстані між внутрішньою стінкою та додатковою стінкою, як (1,9-2,1) до 1, а також тим, що газогенератор має під колосниковою решіткою два діаметрально розташованих один проти одного патрубки для подачі окислювача з діаметром d=(0,23-.0,27 D), де D - діаметр шахти завантаження сировини. Причинно-наслідковий зв'язок між основними співвідношеннями розмірів і розташування газогенератора полягає в наступному: відстань між зовнішньою та додатковою стінками як (1,92,1) до 1. Якщо вказане співвідношення буде менше, ніж 1,9:1, то рух газу, як показали дані моделювання не буде зміненим у внутрішньому просторі, конвективна складова густину теплового потоку від матеріалу до газу зменшується та відповідні температурні градієнти у горизонтальному перетині газогенератору та теплові витрати назовні збільшаться, що знизить ефективність роботи апарату. Якщо ж вказане співвідношення буде більше ніж 2,1:1, то збільшаться габарити газогенератора і його металоємність, що збільшить капітальні витрати. Крім того, для отримання протікання процесів термохімічної конверсії у шарі палива подача окислювача відбувається двома розподіленими потоками, для чого апарат оснащено двома діаметрально розташованими один проти одного патрубками для подачі окислювача з діаметром d=(0,23-0,27 D), де D - гідравлічний діаметр шахти завантаження сировини, при цьому, якщо d0,23 D, то зростає матеріаловміст патрубків, що підводять окислювач. При такому розташуванні простінків рух газу у внутрішньому просторі буде змінний, що впливає на конвективну складову густини теплового потоку та відповідні температурні градієнти у горизонтальному перетині теплового агрегату. В результаті виконання тришарової конструкції металевого кожуху з нерівномірними газовими об'ємами між металевими стінками теплові втрати на зовні будуть зменшені. Розміщення у нижній частиш перетоку між двома об'ємами газу, що відходять дозволяє використовувати цей елемент конструкції як пастку для твердих включень, що містяться у генераторному газі. Цей елемент конструкції виконується роздільно від основного кожуху і має заглиблення для накопичування твердих часток, які випадають із газового потоку під дією гравітаційних сил. При цьому вибирається такий газодинамічний режим, щоб швидкість вітання окремих часток була менше ніж середня швидкість газового потоку при протіканні через перетин. Також цей пиловловлювач може містити додаткові фільтри або абсорбери для видалення окремих шкідливих домішок що містяться у генераторному газі. Знімна конструкція ємності по збору пилу дозволяє швидко і легко видаляти накопичений у процесі роботи пил. На кресленні показаний загальний вигляд газогенератора 2 UA 116431 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Газогенератор містить корпус 1, що включає в себе дві основні циліндричні стінки, внутрішню основну 2 та зовнішню основну 3, та додаткову 4, які мають перепуск у нижній частині між двома об'ємами: об'ємом між внутрішньою стінкою 2 та додатковою стінкою 4, а також об'ємом між додатковою стінкою 4 та зовнішньою стінкою 3. Також в корпусі розташована камера 6, що уловлює золу. Корпус 1 виконаний циліндричної форми постійного перерізу. Зверху корпус 1, з'єднаний болтами з верхньою кришкою 7 газогенератора, на якій розташовано засіб подачі сировини у вигляді люка 8 для завантаження сировини, а також розпалювальний пристрій 9, розташований на головній кришці 10. В нижній частині внутрішнього циліндра корпусу 1 розташована колосникова решітка 11, розмір якої дорівнює розміру поперечного перерізу внутрішнього циліндра корпусу. Крім того, в нижній частині корпусу 1 розташовано засіб для подачі окислювача, який має розподілений підвід двома патрубками - лівий 12 та правий 13, направленими назустріч один одному по діаметру. До нижньої частини корпусу 1 болтовим з'єднанням прикріплено засіб збору коксо-зольного залишку у вигляді ї камери 6, що містить люк для розвантаження зольного залишку 14. У верхній частині газогенератора розташовано засоби збору генераторного газу у вигляді ємності, яка має камеру 15 та вихідний патрубок 16. Газогенератор функціонує наступним чином. Через люк для завантаження сировини (твердого палива) в корпус 1 при відкритій верхній кришці 7 завантажують тверде паливо. Люк 7 закривають. За допомогою розпалювального пристрою 9, що розташований на головній кришці 10 газогенератору, розпалюють тверде паливо, після чого починається процес газифікації палива. Окислювач (повітря або повітря збагачене киснем) подається під колосникову решітку 11 за допомогою двох діаметрально розташованих патрубків 12 та 13, вісі яких направлені назустріч один одному. Для оптимального протікання (більш повно та інтенсивно) процесів термохімічної конверсії у шарі палива, у нижню частину подача окислювача відбувається двома рівномірно розподіленими потоками. Для цього використовуються два патрубки з діаметром d=0,23-0,27 D, де D - гідравлічний діаметр шахти завантаження сировини, потоки окислювача в яких направлені на зустріч один одному. При такому розташуванні патрубків підводу окислювача розподіл потоку газу по горизонтальному перетину сировини в шахті стає більш рівномірним, ніж при вводі окислювача в одній точці. Таким чином газифікація сировини протікає більш повно та інтенсивно. В процесі газифікації температура палива сягає 800-1300 °C. Одержаний генераторний газ зберігається у газозбірній камері 15 і надалі виходить через вихідний патрубок 16 до газопроводу. Коксо-зольні залишки потрапляють до золоуловлючої камери 15 та видаляються через люк 14, розташований у нижній кришці. Пил, що накопичується у ємності 17 для збору пилу, видаляється завдяки знімній конструкції ємності. Наведені дані одержані шляхом розрахунків і моделювання, та дослідженням на виготовленому промисловому зразку. Таким чином у газогенераторі, що заявляється, досягається зменшення кількості шкідливих компонентів, що містяться у одержаному генераторному газі, покращення екологічних умов для подальшого спалення генераторного газу; підвищення ефективності роботи газогенератора за рахунок розподільного підводу окислювача, завдяки чому газифікація проходить більш повно та інтенсивно, крім того зменшуються теплові втрати. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 55 1. Газогенератор для термічної конверсії твердого палива, який містить корпус переважно циліндричної форми із зовнішньою та внутрішньою обичайками, засоби подачі окислювача, розташовані у нижній частині корпусу, засоби подачі палива, розташовані у верхній частині корпусу, засоби збору коксо-зольного залишку і колосникову решітку, розташовані у нижній частині корпусу, засоби збору генераторного газу та засіб відведення його на утилізацію, який відрізняється тим, що газогенератор має між внутрішньою та зовнішньою основними циліндричними стінами додаткову стінку, які оснащені перепуском у нижній частині стінок, при цьому відстань між зовнішньою стінкою та додатковою належить до відстані між внутрішньою стінкою та додатковою як (1,9-2,1) до 1. 2. Газогенератор за п. 1, який відрізняється тим, що під колосниковою решіткою має два діаметрально розташованих один проти одного патрубки для подачі окиснювача з діаметром d=0,23-0,27 D, де D - гідравлічний діаметр шахти завантаження сировини. 3 UA 116431 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4