Газифікатор твердого палива з підвищеною вологістю і зольністю

1. Газифікатор твердого палива з підвищеною вологістю і зольністю, який містить вертикальний, переважно циліндричний, корпус з розміщеним всередині трубопроводом, засіб подачі палива, засіб подачі окислювача, засіб видалення генераторного газу, засіб видалення золи, верхній та нижній розподільники потоків окислювача, розташовані відповідно в верхній та нижній зонах газифікації, сполучені з трубопроводом, який відрізняється тим, що додатково містить засіб подачі генераторного газу з верхньої зони газифікації в нижню частину зони, розташованої між верхньою та нижньою зонами газифікації, а засіб видалення генераторного газу сполучено з нижньою зоною газифікації. 2. Газифікатор твердого палива з підвищеною вологістю і зольністю за п. 1, який відрізняється тим, що додатково містить засіб охолодження генераторного газу, розташований усередині корпуса та утворений циліндричними поверхнями, кон U 2 (19) 1 3 39185 маний "прямим" способом, має невелику галузь застосування, наприклад, його не застосовують у двигуна х внутрішнього згоряння або при транспортуванні навіть на невеликі відстані. За прототип прийнято газифікатор для здійснення способу газифікації твердого палива, в якому подають тверде паливо у верхню частину вертикального корпуса газифікатора та окислювач у зони газифікації за допомогою засобів окислювача, створюють зону прямого процесу газифікації шляхом подачі окислювача у нижню частину газифікатора. Відведення генераторного газу здійснюють з зони, розташованої між зоною оберненої газифікації та зоною прямої газифікації. Окислювач подають в зони газифікації через створення розрідження в газовідвідній трубі або через створення надлишкового тиску окислювача [патент України на корисну модель №33586, опублікований 25.06.2008р., бюл. №12, МПК: C10J3/00, 3/20, С10В53/00]. Відомий газифікатор твердого палива дозволяє отримати генераторний газ з невеликим вмістом піролізних смол, збільшити кількість генераторного газу на виході з газифікатора та зменшити вимоги до видів та вологості палива. Але при використанні палива з підвищеною вологістю або зольністю відомий спосіб не дозволяє суттєво зменшити вміст піролізних смол. При цьому при вказаному рівні вологості палива значна частина вологи палива, яке розташоване над відновлювальною зоною, не приймає участі у відновлювальній реакції: С+Н2О=СО+Н2, (1) а місце горючих газів СО та Н2 займає водяна пара. Це призводить до зниження калорійності генераторного газу, який отримують на виході з газифікатора. Також при здійсненні газифікації твердого палива з великим вмістом золи за такою конструкцією газифікатора достатньо високий стовп палива тисне на засоби подачі окислювача, розташовані в нижній частині газифікатора, що призводить до необхідності подачі окислювача в нижню частину під збільшеним тиском або створювати значне розрідження в зоні, яка розташована над зоною прямої газифікації, для того щоб забезпечити дифузійний процес між окислювачем та частками твердого палива в зоні прямої газифікації. В основу корисної моделі поставлена задача проведення процесу газифікації твердого палива з підвищеною вологістю або підвищеною зольністю, за яким отримують генераторний газ з низьким вмістом забруднюючих домішок на виході з газифікатора при використанні палива з вищевказаними характеристиками без попередньої підготовки, наприклад, просушування тощо, що призводить до підвищення ефективності. Поставлена задача вирішується таким чином, що пристрій для здійснення вищевказаного способу - газифікатор твердого палива, який містить вертикальний переважно циліндричний корпус з розміщеним в середині трубопроводом, засіб подачі палива, засіб подачі окислювача, засіб видалення генераторного газу, засіб видалення золи, верхній та нижній розподільники потоків окислю 4 вача, розташовані відповідно в верхній та нижній зонах газифікації, сполучені з трубопроводом, згідно з технічним рішенням, додатково містить засіб подачі генераторного газу з верхньої зони газифікації в нижню частину зони, розташованої між верхньою та нижньою зонами газифікації, а засіб видалення генераторного газу сполучено з нижньою зоною газифікації. Газифікатор додатково може містити засіб охолодження генераторного газу, розташований усередині корпуса та утворений циліндричними поверхнями, концентрично розташованими відносно вертикальної вісі корпуса. Засіб подачі генераторного газу з верхньої зони газифікації в нижню частину зони, розташованої між верхньою та нижньою зонами газифікації, являє собою кільцевий простір, може бути утворений шляхом розміщення напрямного циліндру між внутрішньою поверхнею стінки засобу охолодження генераторного газу та трубопроводом співвісно вертикальній вісі корпуса, причому кільцевий простір розташований між внутрішньою стінкою засобу охолодження генераторного газу та зовнішньою стінкою напрямного циліндру. Засіб для видалення генераторного газу може бути виконано у вигляді кільцевого простору, утвореного зовнішньою стінкою засобу охолодження та внутрішньою стінкою корпуса. Газифікатор може додатково містити засіб для повороту трубопроводу та сполучених з ним верхнього та нижнього розподільників потоків окислювача відносно корпусу. Між сукупністю ознак корисної моделі та технічним результатом, що досягається, існує наступний причинно-наслідковий зв'язок. Під час подачі окислювача у верхню зону газифікації твердого палива здійснюється часткова газифікація твердого палива до перетворення його в суху вуглецеву масу з пористою структурою (дегазований пористий вуглець). Далі отриманий після верхньої зони газифікації дегазований пористий вуглець разом з золою потрапляє до зони, яка розташована між верхньою та нижньою зонами газифікації твердого палива. Одночасно суміш летючих речовин, смол важких вуглеводнів та вологи у вигляді пари, яку отримали під час газифікації твердого палива у верхній зоні газифікації, разом з генераторним газом та розпеченим молекулярним азотом N2, який знаходиться у окислювачі та у самому паливі, подають до нижньої частини зони, яка розташована між верхньою та нижньою зонами газифікації твердого палива. В початковий період в цій зоні розташований шар свіжого палива, який адсорбує смоли важких вуглеводнів та вологу у вигляді пари, які надійшли з верхньої зони газифікації у складі вищевказаної суміші, тобто шар твердого палива виконує функцію фільтра. Далі тверде паливо з адсорбованими вищевказаними речовинами потрапляє до нижньої зони газифікації. Одночасно відфільтрований генераторний газ з верхньої зони газифікації видаляється з газогенератора за допомогою засобу для видалення генераторного газу. За запропонованим способом газифікації твердого палива гарячий пористий вуглець розташовується у нижній 5 39185 частині зони, яка розташована між верхньою та нижньою зонами газифікації твердого палива, та адсорбує смоли важких вуглеводнів, що не сконденсувалися на поверхнях газифікатора, повністю адсорбує водяну пару та частково летючі речовини, які надійшли разом з генераторним газом. При перетворенні смол важких вуглеводнів у газоподібний стан у верхній зоні газифікації вказані смоли краще адсорбуються гарячим пористим вуглецем. Винахідниками шляхом експерименту встановлено, що вказані смоли важких вуглеводнів разом з водяною парою та летючими речовинами створюють абсолютно нові комбінації вуглеводнів. Вказані адсорбовані комбінації практично не конденсуються після повторної газифікації розпеченого вуглецю у нижній зоні газифікації та виходять з неї у газоподібному стані. Отримані в результаті відновлювальної реакції (1) гази СО та Н 2 також виходять з нижньої зони газифікації. При цьому за рахунок теплового ефекту ендотермічної реакції знижують температуру відновлювального шару нижньої зони газифікації. Вищевказані речовини разом з генераторним газом з верхньої зони газифікації видаляють з газифікатора через засіб для видалення генераторного газу. Таким чином, отримують очищений генераторний газ, який видаляють з газифікатора та подають на споживання. Очевидно, що такий генераторний газ має менший вміст шкідливих речовин, ніж генераторний газ, який видаляють одразу після початку способу газифікації твердого палива, тому що гарячий розпечений вуглець має кращі адсорбуючі властивості, ніж свіже тверде паливо. Охолодження генераторного газу при подачі генераторного газу у зону, розташовану між верхньою та нижньою зонами газифікації, або при видаленні генераторного газу з нижньої зони газифікації покращує проходження процесу адсорбції. Генераторний газ подається до нижньої частини зони, яка розташована між верхньою та нижньою зонами газифікації, та видаляється з газифікатора, наприклад, за допомогою створення розрідження в корпусі. Як варіант, в газифікаторах великої потужності додатково до розрідження створюють надлишковий тиск окислювача при його подачі, що забезпечує стабільні та достатні за розміром зони горіння в обох зонах газифікації. Створення розрідження у внутрішньому об'ємі корпуса газифікатора дозволяє спростити подачу окислювача до обох зон газифікації та подачу генераторного газу, а також спростити вимоги до розміщення газифікатора в закритих приміщеннях та вимоги до герметизації засобів подачі палива та засобів видалення золи за рахунок запобігання потрапляння сильнодіючої отрути - окису вуглецю (СО), який є одним з продуктів газифікації палива, в систему подачі палива. За допомогою засобів обертання засобів подачі окислювача відносно вертикальної вісі корпуса газифікатора покращують дифузію окислювача з частками твердого палива або розпеченим вуглецем, що також дозволяє інтенсифікувати процеси окислення та відновлення у верхній та нижній зонах газифікації. 6 Видалення золи під час обертання засобів подачі окислювача дозволяє спростити конструкцію газифікатора. Попереднє змішування золи з водою за допомогою засобів подачі води у зону видалення золи дозволяє уникнути розпилення золи в приміщенні, де розташований газифікатор, при її видаленні та дозволяє підвищити зручність видалення золи. Використання засобу охолодження, утвореного усередині корпуса газифікатора за допомогою циліндричних поверхонь, концентрично розташованих відносно вертикальної вісі корпуса, дозволяє спростити конструкцію газифікатора. Використання напрямного циліндру, розташованого між охолоджувальним контуром та трубопроводом співвісно вертикальній вісі корпуса, дозволяє здійснити подачу твердого палива з верхньої зони газифікації до нижньої зони газифікації, а також спростити конструкцію газифікатора. Виконання засобу для подачі генераторного газу у вигляді кільцевого простору, який утворений зовнішньою стінкою напрямного циліндру та внутрішньою стінкою засобу охолодження, та виконання засобу для відведення генераторного газу у вигляді кільцевого простору між зовнішньою стінкою засобу охолодження та внутрішньою стінкою корпуса, дозволяє здійснити подачу генераторного газу безпосередньо до нижньої частини зони, яка розташована між верхньою та нижньою зонами газифікації, а також здійснити видалення генераторного газу з нижньої зони газифікації, а також спростити конструкцію газифікатора. Для пояснення суті корисної моделі нижче наведено приклад конкретного виконання газифікатора та реалізації способу газифікації твердого палива за допомогою запропонованої конструкції газифікатора. Приклад ілюструється Фіг., на якій схематично показано зазначений пристрій. Фіг., що пояснює корисну модель, а також наведений приклад конкретного виконання газифікатора ніяким чином не обмежують обсяг домагань, викладений у формулі, а тільки пояснюють суть корисної моделі. Газифікатор містить корпус 1, засіб подачі палива 2, засіб подачі окислювача 3, засіб видалення генераторного газу 4, засіб видалення золи 5, верхній розподільник потоків окислювача 6, нижній розподільник потоків окислювача 7, напрямний циліндр 8, засіб подачі генераторного газу 9, засіб охолодження 10, засіб для повороту тр убопроводу 11 та засіб подачі води 12 у зону видалення золи. На корпусі розташовано розпалювальні патрубки 13 та 14, закриті дверцятами-люком. Розпалювальний патрубок 14 сполучений з кільцевим простором 15. Засіб подачі палива 2 обладнано шлюзовим живильником 16, паливним відсіком 17 та засобом для контролю рівня палива у паливному відсіку 18. Засіб подачі окислювача 3 містить заслінку 19. Засіб для видалення золи 5 містить золонакопичувальну чашу 20, сполучену з нижньою частиною внутрішнього об'єму корпуса 1, лопатки золовидалення 21, ковзну лопатку 22, ємність для золи 23. 7 39185 Верхній розподільник потоків окислювача 6 та нижній розподільник потоків окислювача 7 місять повітророзподільні решітки 24 та соплові кільця 25 з кільцевими сопловими отворами. На соплових кільцях 25 закріплені лопатки 26. Засіб для видалення генераторного газу 4 містить вихідний отвір 27, сполучений з газонакопичувальним простором 28 з одного боку та з системою вакуумації - з іншого боку (на кресленні не показано). Система вакуумації може містити, наприклад, пороховий вентилятор, під'єднаний через систему додаткового очищення генераторного газу. Засіб охолодження 10 містить концентрично розташовані циліндричні поверхні 29, які утворюють водяну сорочку. Засіб для повороту трубопроводу 11 містить двигун-редуктор 30, сполучений з оборотним циліндром 31 за допомогою ремінної передачі. Оборотний циліндр сполучений з трубопроводом 32 та з лопатками, що обрушують 33, які розташовані усередині корпуса 1. Засіб подачі води 12 у зону видалення золи містить регулятор рівня води 34. Спосіб термічної газифікації твердого палива за допомогою описаної конструкції газифікатора здійснюють наступним чином. Спочатку тверде паливо через шлюзовий живильник 16 подають до паливного відсіку 17 до повного заповнення внутрішнього об'єму корпуса 1 газифікатора. Одночасно з цим здійснюють обертання оборотного циліндру 31 сумісно з трубопроводом 32 та лопатками, що обрушують 33, для ущільнення шару твердого палива та уникнення порожнин. При цьому повноту наповнення паливом внутрішнього об'єму корпуса 1 визначають засобом для контролю рівня палива у паливному відсіку 17. Після наповнення паливного відсіку 17 до максимального рівня припиняють подачу твердого палива. Після проміжку часу, який визначають залежно від максимальної витрати твердого палива та який контролюють за допомогою, наприклад, реле часу, продовжують подачу твердого палива до шлюзового живильника 16. Підтримання постійного рівня палива у паливному відсіку 17 необхідно також і для запобігання неконтрольованому всмоктуванні повітря через засіб подачі палива 2, що також є і додатковим герметизатором внутрішнього об'єму корпуса 1 газифікатора. Далі здійснюють розпалювання твердого палива у верхній та нижній зонах газифікації. Для цього створюють розрідження у внутрішньому об'ємі корпуса 1 за допомогою системи здійснення вакуум у. Наприклад, внутрішній об'єм газифікатора може знаходитися під розрідженням у 1000...2000Па. При цьому заслінку 19 засобу подачі окислювача 3 розташовують у закритому стані. Далі відчиняють дверцята-люк патрубка 13 та через нього подають повітря до газонакопичувального простору 28 та до ви хідного отвору 27 за рахунок створеного розрідження у внутрішньому об'ємі корпуса 1 газифікатора. Після цього здійснюють розпалення шару твердого палива у нижній зоні газифікації через патрубок 13 за допомогою 8 джерела відкритого вогню. В результаті утворюється ядро горіння в нижній зоні газифікації твердого палива, після чого зачиняють дверцята-люк патрубка 13. Далі відчиняють дверцята-люк патрубка 14 та через отвір патрубка 14 засипають сухе розсипчасте тверде паливо у кільцевий простір 15. Також через патрубок 14 повітря проходить до внутрішнього об'єму корпуса 1 газифікатора та потім до газонакопичувального простору 28 та до вихідного отвору 27 за рахунок створеного розрідження у внутрішньому об'ємі корпуса 1 газифікатора. Потім через патрубок 14 розпалюють сухе розсипчасте тверде паливо у кільцевому просторі 15 за допомогою джерела відкритого вогню. Під дією повітря розпалене сухе розсипчасте паливо підпалює тверде паливо у верхній зоні газифікації. Таким чином, створюють ядро горіння у цій зоні, після чого закривають дверцята-люк патрубка 14. Після закриття дверцят-люків патрубків 13 та 14 припиняється подача повітря у верхню та нижню зони газифікації, після чого знаходиться розпечене тверде паливо. Потім вмикають двигун-редуктор 30 та обертають обертовий циліндр 31 на визначений кут в залежності від виду палива. Одночасно з цим за рахунок сполучення з обертовим циліндром обертаються і лопатки, що обр ушують 33, та повітророзподільні решітки 24 засобів подачі окислювача 6 та 7. Таким чином, отримують ядро горіння біля кільцевих соплових отворів засобу подачі окислювача 6 та біля кільцевих соплових отворів засобу подачі окислювача 7. Далі відчиняють заслінку 19 та через трубопровід 32 здійснюють подачу окислювача до нижнього розподільника потоків окислювача 7 та до верхнього розподільника потоків окислювача 6. Подача повітря може додатково здійснюватися під тиском у 800...1000Па. Окислювач надходить до нижнього ядра горіння через кільцеві соплові отвори повітророзподільної решітки 24, після чого утворюється зона інтенсивного горіння (окислення) по периметру нижньої зони газифікації. Нижче зони інтенсивного горіння осідає зола, яка охолоджується повітрям, що виходить з соплових кільцевих отворів, та за допомогою лопаток на соплових кільцях 25, які обертаються разом з повітророзподільною решіткою 24, потрапляє в зону виходу золи 35 та далі надходить до золоприймальної чаші 20. Вище зони горіння утворюється відновлювальна зона, де продукти горіння твердого палива СО2 та Н2О відновлюються на розпеченому вуглеці згідно з наступними реакціями: С+СО2=2СО; (1) С+Н2О=СО+Н2. (2) Одночасно з цим окислювач по трубопроводу 32 надходить до верхнього розподільника потоків окислювача 6 та через кільцеві соплові отвори повітророзподільної решітки 24 потрапляє до верхньої зони газифікації, утворюючі по периметру інтенсивну зону горіння (окислення). В результаті отримують розпечену вуглецеву масу. Кількість окислювача, яку подають до верхньої та нижньої зон газифікації, регламентується конструкцією повітророзподільних решіток 24. 9 39185 Після верхньої зони газифікації розпечену вуглецеву масу разом з золою подають до міжреакторного паливного простору 36, який розташовано між зовнішньою поверхнею трубопроводу 32 та внутрішньою поверхнею напрямного циліндру 8, та далі до нижньої частини зони 37, яка розташована між верхньою та нижньою зонами газифікації. При цьому генераторний газ з верхньої зони газифікації разом з водяною парою, летючими речовинами та смолами важких вуглеводнів надходить до засобу подачі генераторного газу 4, який виконано у вигляді кільцевого простору, утвореного внутрішньою поверхнею стінки засобу охолодження 10 та зовнішньою стінкою напрямного циліндру 8, частково охолоджується до температури, яка значно нижче за температуру самозаймання та надходить до зони 37, яка заповнена розпеченою вуглецевою масою. В цій зоні адсорбуються смоли важких вуглеводнів, водяна пара та частково летючі речовини. Далі очищений генераторний газ подають до газонакопичувального простору 28 засобу видалення генераторного газу 4 та через вихідний отвір 27 подають до споживача. Як варіант, здійснюють додаткове очищення генераторного газу після його виходу з газифікатора. Одночасно з цим пориста вуглецева маса з адсорбованими вищевказаними речовинами надходить до нижньої зони газифікації. Генераторний газ з нижньої зони газифікації також видаляється через засіб видалення генераторного газу 4. Додатково здійснюють запобігання спалахів газової суміші у порожнинах між твердим паливом у корпусі 1 шляхом, наприклад, встановлення ви 10 бухови х клапанів 38, сполучених з внутрішнім об'ємом корпуса 1. Час горіння твердого палива у кожній зоні газифікації визначається кількістю поданого окислювача та швидкістю обертання засобів подачі окислювача разом з оборотним циліндром. Остання залежить від виду твердого палива, його вологості та зольності та корегується, наприклад, за допомогою двигун-редуктора 30. Зола після охолодження окислювачем в нижній зоні газифікації потрапляє до зони виходу золи 35 та потім лопатками золовидалення 21 виштовхується до золоприймальної чаші 20. Золоприймальну чашу 20 обертають навколо своєї осі та ковзною лопаткою 22, яка закріплена нерухомо, золу, змішану з водою, видаляють в ємність для золи 23. Рівень води в золоприймальній чаші регулюють за допомогою регулятора рівня води 34. Запропонований газифікатор твердого палива з підвищеною вологістю та зольністю дозволяє здійснювати газифікацію твердого палива з зольністю до 60% та вологістю твердого палива, що перевищує 50%, тобто зменшити залежність від якісних характеристик твердого палива, та отримати на виході з газифікатора генераторний газ, який за своїми властивостями наближається до природного газу, що уможливлює подання його безпосередньо до споживача. Мінімальною продуктивністю таких газифікаторів залежить від виду палива (відходи деревообробної промисловості, торф, соняшникове насіння тощо) та становить від 5,0м 3/годину і обмежується внутрішнім об'ємом корпуса 1 газифікатора. 11 Комп’ютерна в ерстка А. Рябко 39185 Підписне 12 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601