Газифікатор твердого палива комбінований

1. Газифікатор, що містить вертикальний корпус з розміщеним всередині трубопроводом, засіб подачі палива, засоби подачі окислювача, засіб видалення генераторного газу, засоби відведення надлишкового тепла, який відрізняється тим, що засоби подачі окислювача містять зовнішній верхній розподільник потоків окислювача та внутрішні верхній та нижній розподільники потоків окислювача, внутрішні верхній та нижній розподільники потоків окислювача сполучені з трубопроводом та містять сукупність каналів, спрямованих від центра корпусу в площині поперечного перерізу корпусу, зовнішній розподільник потоків окислювача розташований на корпусі та містить сукупність каналів, спрямованих до центра корпусу в площині поперечного перерізу корпусу, засіб для видалення генераторного газу розташований на корпусі нижче зовнішнього верхнього та внутрішнього верхнього розподільників потоків окислювача та вище внутрішнього нижнього розподільника потоків окислювача, при цьому сукупність каналів внутрішнього нижнього розподільника потоків окислювача являє собою щонайменше дві групи каналів, розташованих одна над одною, причому канали групи, розташованої вище, мають меншу довжину, ніж канали групи, розташованої нижче. U 2 (19) 1 3 34150 4 фікатор. При цьому створення зон газифікації паЗаявнику відомо багато газифікаторів твердолива над засобом подачі палива ускладнює консго палива, але найближчими за сукупністю суттєтрукцію газифікатора за рахунок зростання вих ознак є наступні. кількості засобів подачі окислювача, а також збіВідомо конструкцію газифікатора, який містить льшує вимоги до системи охолодження. вертикальний корпус з розміщеним всередині труЗа прототип прийнято газифікатор, який місбопроводом, засіб подачі палива, засоби подачі тить вертикальний корпус з розміщеним всередині окислювача, засіб видалення генераторного газу. трубопроводом, засоби подачі палива, засоби поВ відомому газифікаторі реалізований обернений дачі окислювача, засіб видалення генераторного процес утворення газу. В корпусі газифікатора газу. Засоби подачі окислювача містять зовнішні послідовно розташовані конусна та циліндрична розподільники потоків окислювача, розташовані на камери. В конусній камері розташований засіб покорпусі газифікатора, які містять сопла, симетричдачі окислювача, виконаний у вигляді насадки з но розташовані по периметру корпуса. Газифікаотворами, який сполучений з трубопроводом. По тор також містить систему рециркуляції газів. Засіб діаметру циліндричної камери на різних по висоті для видалення генераторного газу розташований рівнях також розташовані засоби для подачі повітв нижній частині корпуса газифікатора. Нижня часря, які виконані у вигляді фурм з отворами для тина корпуса має вигляд конуса, який звужується введення окислювача. Засіб видалення генератодонизу. В нижній частині конуса розташований рного газу містить патрубок, розташований за мезасіб для видалення золи [патент України жами конічної та циліндричної камер та закріпле№78669, опублікований 10.04.2007p., МПК: ний на корпусі газифікатора [патент України C10J3/02]. №32759, опублікований 15.02.2001р., МПК: Недоліком відомої конструкції газифікатора є F23C9/06, C10J33/02]. підведення окислювача лише в одному напрямку, Недоліком такої конструкції газифікатора є тавід периферії до центру, що призводить до нерівке розміщення засобів для подачі окислювача, що номірного підводу окислювача до частинок тверстворює декілька зон газифікації, які паливо подого палива та, як наслідок, до зменшення продукступово проходить при його подачі зверху вниз. тивності газифікації твердого палива та Така конструкція газифікатора не дозволяє отризбільшення вмісту смол та неспаленого вуглецю в мати великий процент спаленого вуглецю в паливі, генераторному газі. Також наявність системи ретобто підвищити продуктивність отримання генециркуляції генераторного газу для підвищення раторного газу. При цьому додаткове утворення в газифікації твердого палива ускладнює конструккорпусі газифікатора двох камер ускладнює розцію газифікатора в цілому. До того ж, відведення міщення засобів охолодження, засобів підведення генераторного газу з нижньої частини корпуса поокислювача, засобів відведення генераторного гіршує якість генераторного газу. Також недоліком газу, збільшує габарити та ускладнює конструкцію є можливість потрапляння продуктів газифікації, всієї установки в цілому. серед яких є і шкідливі, наприклад, окис вуглецю Подача окислювача в зону горіння за допомо(CO), через засіб подачі палива або засіб видагою фурм з отворами та насадки з отворами прилення золи та інші частини газифікатора в навкозводить до нестабільного та невеликого за плолишню середу. Конструкція розподільників потоків щею ядра горіння, що знижує ефективність окислювача має недолік, який полягає в можливопроходження процесів окислення та відновлювансті потрапляння часток твердого палива в сопла, а ня палива. також знижує інтенсивність розповсюдження ядра Також відомо газифікатор, який містить вертигоріння в процесі розпалювання твердого палива в кальний корпус, засіб подачі палива, засоби подачі зоні окислення. окислювача та засіб видалення генераторного В основу корисної моделі поставлена задача газу. Засоби подачі окислювача розташовані на створення в корпусі газифікатора двох протилежно корпусі газифікатора, утворюючи тим самим декінаправлених потоків окислювача при одночасному лька зон газифікації. Додатково окислювач подарусі палива в одному напрямку: зверху вниз. ється через колосникові грати, розташовані в нижПоставлена задача вирішується таким чином, ній частині корпуса. Засіб для подачі палива що в газифікаторі, який містить вертикальний коррозташований в середній частині корпуса між зопус з розміщеним всередині трубопроводом, засіб нами газифікації. В зонах над засобом подачі паподачі палива, засоби подачі окислювача, засіб лива відбувається газифікація палива в киплячому видалення генераторного газу, засоби відведення шарі та газифікація пилоподібного палива. Відвенадлишкового тепла, згідно з корисною моделлю, дення генераторного газу здійснюють через верхзасоби подачі окислювача містять зовнішній верхню частину корпуса [а.с. СРСР №959632, опубліній розподільник потоків окислювача та внутрішні коване 15.09.1982р., бюл. №34, МПК: C10J3/00]. верхній та нижній розподільники потоків окислюНедоліком відомої конструкції газифікатора є вача, внутрішні верхній та нижній розподільники відведення генераторного газу через верхню часпотоків окислювача сполучені з трубопроводом та тину корпуса та подача палива в середню частину містять сукупність каналів, спрямованих від центру корпуса між зонами газифікації, що призводить до корпуса в площині поперечного перерізу корпуса, отримання на виході з газифікатора генераторного зовнішній розподільник потоків окислювача розгазу з великим вмістом піролізних смол. Ця обстаташований на корпусі та містить сукупність канавина також не дозволяє здійснити попереднє вилів, спрямованих до центру корпуса в площині далення з палива вологи прямо в корпусі газифіпоперечного перерізу корпуса, засіб для видаленкатора, що призводить до необхідності ня генераторного газу розташований на корпусі попередньої сушки палива перед подачею у гази 5 34150 6 межі зон горіння та зони відновлювання зони обенижче зовнішнього верхнього та внутрішнього рненої газифікації, яка розташована нижче зони верхнього розподільників потоків окислювача та горіння, переважають процеси неповного окисленвище внутрішнього нижнього розподільника потоня вуглецю та відновлювальні процеси: ків окислювача, при цьому сукупність каналів внуС + СО2 = 2СО трішнього нижнього розподільника потоків окислюС + Н2О = СО + Н2 вача являє собою щонайменше дві групи каналів, СО + Н2 = СО + Н2О розташованих одна над одною, причому канали С + 2Н2 = СН4 групи, розташованої вище, мають меншу довжину, С + 3Н2=СН4 + Н2О. ніж канали групи, розташованої нижче. Тобто СО2 та водяна пара, як продукти реакції В конструкції газифікатора можливо, що: окислення та внутрішньої вологи палива, віднов- по зовнішньому периметру внутрішнього люються в СО та Н2, а вивільнений кисень О2 верхнього розподільника потоків окислювача розвступає в реакцію з вуглецем палива. Так як реакташовано повітряний кільцевий простір; ції відновлення протікають з поглинанням тепла, - по внутрішньому периметру зовнішнього то температура продуктів газифікації значно зниверхнього розподільника потоків окислювача розжується при проходженні крізь шар палива, яке ташовано повітряний кільцевий простір; поступає. - по зовнішньому периметру кожної з груп каПродукти газифікації, а саме охолоджений геналів внутрішнього нижнього розподільника потонераторний газ, залишки палива, яке не вступило ків окислювача розташовано повітряний кільцевий в реакцію, та зола потрапляють в реакційну зону, простір; яка розташована нижче зони відновлення зони - канали розподільників потоків окислювача оберненої газифікації. В цій зоні вуглець із залишвиконано у вигляді завихрювачів; ків палива адсорбує хімічні речовини, які не про- додатково містить засіб для повороту трубореагували в зоні горіння зони оберненої газифікапроводу та сполучених з ним внутрішніх розподіції, утворюючі вуглецеву масу. Генераторний газ льників потоків окислювача; після зони відновлення зони оберненої газифікації - поперечний переріз корпуса в місці розташунадходить до засобу видалення генераторного вання верхніх розподільників потоків окислювача газу, який розташований між зоною оберненої гамає меншу площу, ніж площа поперечного перерізифікації та зоною прямої газифікації. зу корпуса в місці розташування нижніх розподільВ зоні прямої газифікації відбуваються наступників потоків окислювача; ні процеси: - засіб видалення генераторного газу містить - газифікація палива при первинному завантагазовідвідну трубу, сполучену з засобом створення женні в корпус газифікатора; розрідження; - газифікація вуглецевої маси та золи, які по- засоби відведення надлишкового тепла явтрапили після реакційної зони. ляють собою теплообмінники, розташовані на зовГенераторний газ, пройшовши відновлювальнішній поверхні корпуса з використанням рідиннону зону зони прямої газифікації, надходить у засіб го чи газового теплоносія; видалення генераторного газу, де змішується з - газифікатор додатково містить засіб підігріву генераторним газом, отриманим після газифікації у окислювача, сполучений трубопроводом з теплозоні оберненої газифікації, після чого суміш генеобмінником корпусу. раторних газів з обох зон газифікації видаляється Між сукупністю ознак корисної моделі та техніз газифікатора за допомогою створення розрічним результатом, що досягається, існує наступдження в корпусі. ний причинно-наслідковий зв'язок. Як варіант, в газифікаторах великої потужності Подача окислювача одночасно з верхньої межі додатково до розрідження створюють надлишкозони оберненої газифікації та з нижньої межі зони вий тиск окислювача при його подачі, що забезпепрямої газифікації та проходження твердого паличує стабільні та достатні за розміром зони горіння ва послідовно через зону оберненої газифікації до в обох зонах газифікації. зони прямої газифікації дозволяє створити в об'ємі Подача окислювача від периферії до центру корпуса газифікатора одночасне проходження поперечного перерізу газифікатора дозволяє оберненого та прямого процесів газифікації палиотримати стійкий процес спалювання твердого ва. За рахунок того, що рух палива та рух продукпалива в зоні горіння обох процесів газифікації. тів газифікації співпадають - зверху донизу, то в Подача окислювача від центру до периферії середній частині газифікатора відбувається оберпоперечного перерізу газифікатора дозволяє збінений процес газифікації. В зоні горіння (зоні польшити зону спалювання твердого палива, у разі дачі окислювача) зони оберненої газифікації відпотреби, наприклад, для газифікаторів великого буваються наступні хімічні реакції: вмісту або якщо в твердому паливі присутній веС + О2 = СО2 ликій вміст вологи, відносно великий розмір часток 2Н2 + О2 = 2Н2О. твердого палива тощо. При цьому виділяється велика кількість тепла. Одночасна подача окислювача від центру до Побічними продуктами реакції окислення є утвопериферії та від периферії до центру поперечного рення смол та інших продуктів, які можуть в подаперерізу газифікатора в центральній частині газильшому конденсуватися в низькотемпературних фікатора та подача від центру до периферії попечастинах газифікатора та перетворення їх на піроречного перерізу газифікатора в нижній частині лізні смоли. газифікатора дозволяє збільшити зону горіння в По мірі взаємодії окислювача з паливом реакобох процесах газифікації та покращити процес ція утворення СО2 уповільнюється. При цьому на 7 34150 8 підведення окислювача до розпеченого вуглецю, Відведення тепла є необхідним елементом який потрапляє з паливної камери до зони оберпри виробництві газоподібного палива. Реалізація неної газифікації та з реакційної зони до зони пряцього елементу в конструкції газифікатора за домої газифікації, а також інтенсифікувати взаємодію помогою теплообмінників, розташованих на повеміж поверхнею вуглецю та окислювачем з утворхні корпуса, та використання в якості теплоносія ренням продуктів реакції, зокрема генераторного рідини або газу, є простою та одночасно ефективгазу. ною. Відведення генераторного газу з реакційної Здійснення попереднього підігріву окислювача зони, яка розташована між зонами оберненої та при його подачі від центру до периферії дозволяє прямої газифікації, дозволяє суттєво знизити в збільшити температуру горіння в зоні горіння, що ньому вміст смол та вуглеводнів, які сконденсуваспрощує вимоги до системи подачі окислювача, лися, що покращує споживчі характеристики газу зменшує енерговитрати на проведення процесу та дозволяє уникнути осадження смол та інших газифікації взагалі. домішок на стінках корпуса та інших складових Для пояснення суті корисної моделі нижче начастинах газифікатора. ведено приклад конкретного виконання газифікаСтворення розрідження в газовідвідній трубі тора. Приклад ілюструється кресленням, на якому дозволяє спростити подачу окислювача до зон схематично показано зазначений пристрій. Кресгоріння обох процесів газифікації, а також спростилення, що пояснює корисну модель, а також навети вимоги до розміщення газифікатора в закритих дений приклад конкретного виконання газифікатоприміщеннях та вимоги до засобів подачі палива ра ніяким чином не обмежують обсяг домагань, та засобів видалення золи за рахунок запобігання викладений у формулі, а тільки пояснюють суть потрапляння сильнодіючої отрути - окису вуглецю корисної моделі. (CO), який є одним з продуктів газифікації палива, На Фіг. представлено загальний вид газифікав систему подачі палива. тора. Додаткове завихрення окислювача при його Газифікатор містить вертикальний корпус 1, подачі у зони газифікації дозволяє отримати стійку усередині якого розташовано паливний відсік 2, масу розпеченого вуглецю навколо розподільників засоби подачі окислювача, засіб подачі палива 3, потоків окислювача та тим самим інтенсифікувати засіб видалення генераторного газу 4, трубопровід процеси окислення та відновлення. 5, засіб повороту 6 трубопроводу 5. Різна за швидкістю подача окислювача від пеПаливний відсік 2 розташовано в верхній часриферії до центра, ніж від центра до периферії, з тині корпуса 1. Над паливним відсіком розташоваверхньої межі зони оберненої газифікації дозволяє но засіб подачі палива 3. Трубопровід 5 розташопокращити доступ окислювача до часток твердого вано в середині корпуса 1. палива під час проходження оберненого процесу Засоби подачі окислювача містить зовнішній газифікації палива. Швидкість подачі окислювача верхній розподільник потоків окислювача 7, внутвід периферії до центра та від центра до периферішній верхній розподільник потоків окислювача 8 рії регулюється за допомогою, наприклад, поворота внутрішній нижній розподільник потоків окислютної заслінки, яку можуть містить розподільники вача 9. Зовнішній верхній розподільник потоків потоків окислювача. окислювача 7 розташований в центральній частині За допомогою засобів обертання засобів погазифікатора на корпусі 1 та містить сукупність дачі окислювача відносно вертикальної вісі корпуканалів 10. Канали 10 розташовано в площині поса газифікатора покращують змішування окислюперечного перерізу корпуса 1 та спрямовано до вача з паливом, що також дозволяє центру корпуса 1. Внутрішній верхній розподільник інтенсифікувати процеси окислення та відновленпотоків окислювача 8 розташований в центральній ня. частині газифікатора, сполучений з трубопровоНаявність у внутрішньому нижньому розподідом 5 та містить сукупність каналів 11. Канали 11 льнику потоків окислювача щонайменше двох груп розташовано в площині поперечного перерізу корканалів, розташованих одна над одною, з меншою пуса 1 та спрямовано від центру корпуса 1. По довжиною каналів, розташованих вище, ніж доввнутрішньому периметру зовнішнього верхнього жина каналів, розташованих нижче, дозволяє збірозподільника потоків окислювача 7 розташовано льшити сукупний об'єм зони горіння при прохокільцевий повітряний простір 12. По зовнішньому дження прямого процесу газифікації, а також периметру внутрішнього верхнього розподільника спростити процес видалення золи. потоків окислювача 8 розташовано кільцевий повіВиконання поперечного перерізу корпуса в мітряний простір 13. На корпусі 1 в області зовнішсці розташування верхніх розподільників потоків нього та внутрішнього верхніх розподільників поокислювача з меншою площиною, ніж площина токів окислювача 7 та 8 розташовано отвір 14, поперечного перерізу корпуса в місці розташуванзакритий кришкою. ня нижніх розподільників потоків окислювача, доВнутрішній нижній розподільник потоків окисзволяє отримати кільцевий простір, що спрощує лювача 9 розташований в нижній частині газифікавидалення генераторного газу, отриманого при тора, сполучений з трубопроводом 5 та містить оберненому та прямому процесах газифікації, з сукупність каналів 15 та сукупність каналів 16. Какорпуса газифікатора. нали 15 розташовані над каналами 16. Довжина Видалення золи під час обертання засобів поканалів 15 менша від довжини каналів 16. По педачі окислювача дозволяє спростити конструкцію риметру сукупності каналів 15 розташовано повітгазифікатора. ряний кільцевий простір 17. По периметру сукупності каналів 16 розташовано повітряний 9 34150 10 кільцевий простір 18. На корпусі 1 напроти каналів змішується з пилоподібним паливом, яке заповнює 16 розташовано отвір 19, закритий кришкою. кільцеві повітряні простори. Під дією струменів Канали 10, 11, 15 та 16 можуть бути виконані у окислювача, що виходять з каналів 10, 11, 15 та вигляді завихрювачів. 16, суміш розпеченого пилоподібного палива та Засіб видалення генераторного газу 4 розтаокислювача миттєво розповсюджується з початкошовано на корпусі 1 нижче верхніх зовнішнього та вих ядер горіння по повітряним кільцевим простовнутрішнього розподільників потоків окислювача 7 рам 12, 13, 17 та 18. Таким чином, в області верхта 8 та вище нижнього внутрішнього розподільника ніх зовнішнього та внутрішнього розподільників потоків окислювача 9. Засіб видалення генераторпотоків окислювача 7 та 8 та кожної з сукупностей ного газу 4 містить газовідвідну трубу 20, яка споканалів 15 та 16 внутрішнього нижнього розподілучена з засобом створення розрідження (на Фіг. льника потоків окислювача 9 по всій довжині повіне показано). тряних кільцевих просторів 12, 13, 17 та 18 протіПлоща поперечного перерізу S корпуса 1 в мікає стабільна реакція окислювання за рахунок сці розташування верхніх внутрішнього та зовнішвзаємодії між поверхнею вуглецю та окислювачем нього розподільників потоків окислювача 7 та 8 з утворенням продуктів газифікації та великим менше, ніж площа поперечного перерізу S1 корпувиділенням тепла. Тобто утворюються зона горінса 1 в місці розташування нижнього внутрішнього ня зони оберненої газифікації та зона горіння прярозподільника потоків окислювача 9. мої зони газифікації. Газифікатор також містить теплообмінники 21, При подачі окислювача здійснюють обертання розташовані на зовнішній поверхні корпуса 1. На внутрішніх верхнього 8 та нижнього 9 розподільниФіг. показано теплообмінник 21, в якому викорисків потоків окислювача та трубопроводу 5 навколо товується рідинний теплоносій. вертикальної вісі корпуса 1 газифікатора за допоГазифікатор використовують наступним чимогою засобу повороту 6. ном. Продукти газифікації з кожної з зон горіння Тверде паливо (в якості якого можуть бути депроходять зони відновлення обох зон газифікації рев'яні тріска або гранули, обпилювання, рослинна та попадають в простір між зонами відновлення. біомаса: лузга соняшника, стрижені кукурудзяних Далі генераторний газ з кожної з зон відновлення початків та таке інше) подають за допомогою занадходить до засобу видалення генераторного собу подачі палива 3 до паливного відсіку 2. Подагазу 4, перемішується та за рахунок створення чу здійснюють до заповнення внутрішнього об'єму розрядження в корпусі 1 через газовідвідну трубу корпуса 1 до верхньої межі паливного відсіку 2. 20 видаляється з газифікатора. При подачі палива повітряні кільцеві простори 12, Золу, яка потрапляє на нижній розподільник 13, 17 та 18 залишаються вільними від потраплянпотоків окислювача 9, видаляють за допомогою ня в них крупних часток палива, але кільцеві прособертання трубопроводу 5 та сполученого з ним тори заповнюються пилоподібним паливом. нижнього розподільника потоків окислювача 9 заЗа допомогою засобу створення розрідження собом повороту трубопроводу 6. через газовідвідний патрубок 20 створюють розріПаливо подають знов, коли його рівень буде дження у внутрішній порожнині корпуса 1. нижчим за рівень верхньої межі паливного відсіку Після цього відкривають кришку отвору 14 та 2. запалюють паливо. За рахунок створення розряЗа допомогою подачі рідини до теплообміннидження або за допомогою створення додаткового ків 21 здійснюють відведення надлишкового тепла тиску окислювача здійснюється всмоктування окивід зовнішньої поверхні корпуса 1. слювача у внутрішній простір корпуса 1 через Запропонована конструкція газифікатора, яка отвір 14. Таким чином, утворюється початкове використовує такий спосіб газифікації, забезпечує ядро горіння в зоні оберненої газифікації. Потім стабільне проходження процесів прямої та обервідкривають кришку отвору 19 та запалюють палиненої газифікації в одному внутрішньому об'ємі во, утворюючі початкове ядро горіння в зоні прямої газифікатора, а також забезпечує інтенсифікацію газифікації. реакцій горіння при проходження обох процесів Після чого одночасно подають окислювач чегазифікації, спрощує вимоги до розташування гарез верхні зовнішній та внутрішній розподільники зифікатора та до систем подачі палива, що дозвопотоків окислювача 7 та 8 та через внутрішній ниляє отримати генераторний газ з мінімальним вміжній розподільник потоків окислювача 9. Окислюстом піролізних смол, збільшити кількість вач поступає через канали 10, 11, 15 та 16 до кігенераторного газу на виході з газифікатора та льцевих повітряних просторів 12, 13, 17 та 18 та зменшити вимоги до видів та вологості палива. 11 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 34150 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601