Газогенератор вологої біомаси

Реферат: Газогенератор вологої біомаси містить теплоізольований вертикальний корпус, завантажувальний бункер, конусну камеру окиснення з пристроєм для підводу дуттьового повітря, камеру відновлення і колосникову решітку, яка відділяє камеру відновлення від зольника з видаленням генераторного газу з нижньої частини газогенератора над колосниковою решіткою через газовідвідні патрубки до споживачів, засіб видалення золи і трубчастий теплообмінник у газозбірнику. Додатково містить трубопровід для видалення з газогенератора парогазової суміші і пристрій для регулювання кількості такої суміші залежно від параметрів і стадії процесу газифікації, газодувку, сталеву циліндричну пластину. UA 82616 U (54) ГАЗОГЕНЕРАТОР ВОЛОГОЇ БІОМАСИ UA 82616 U UA 82616 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до пристроїв для термохімічного оброблення вологої біомаси в газогенераторних установках з низхідним потоком з метою отримання генераторного газу, придатного для використання як екологічно чистого газоподібного палива для котлів, двигунів внутрішнього згорання і газотурбінних установок, у системах комбінованого вироблення електричної і теплової енергії. Відомі пристрої для термічної газифікації, які включають завантажувальний бункер для подачі біомаси, вертикальний корпус із зоною сушіння вихідного вологого палива, камеру окиснення палива з фурмами для підведення дуттьового повітря, камеру газифікації і вигрібний ніж для видалення золи [1,2, 3]. Такі газогенератори розраховані практично тільки для газифікації деревини, вони малоефективні для вологих сільськогосподарських відходів з малою об'ємною питомою масою. Найбільш близьким до рішення, що заявляється, є прийнятий за прототип газогенератор [4]. Ознаки, які збігаються із суттєвими ознаками газогенератора, що заявляється: - вертикальний теплоізольований корпус із бункером у верхній частині для завантаження біомаси; - конусна камера окиснення з пристроєм для подачі дуттьового повітря; - камера відновлення (газифікації), яка відокремлена від зольника колосниковою решіткою, біля якої встановлено газовідвідний патрубок. В камеру відновлення подається дуттьове повітря через фурми, що розташовані у два ряди по висоті камери газифікації; - система повітропроводів, за допомогою яких зовнішнє атмосферне повітря подається до трубчастого конвективного теплообмінника, а потім через фурми й насадку в камери окиснення і газифікації; - колосникова решітка і пристрій для непереривного видалення золи із зольника газогенератора. Недоліки такого газогенератора полягають у тому, що: 1. Водяна пара, яка утворюється у верхній частині установки при висушуванні вихідного палива, не видаляється із камери сушіння, її кількість не регулюється, що збільшує витратну частину теплового балансу процесу (особливо в період пуску газифікатора) на величину витрат теплоти, яка необхідна для перегрівання водяної пари. Це призводить до зменшення ефективності процесу газифікації. 2. Низька ефективність сушіння і окиснення біомаси, що призводить до збільшення габаритів газогенератора, влаштування додаткових пристроїв для попереднього сушіння палива - наприклад сушильних барабанів, зменшення ККД газогенератора, а при значній вологості біомаси може призвести до зупинки процесу газифікації. 3. Недостатня ефективність роботи трубчастого конвективного теплообмінник унаслідок малої швидкості руху генераторного газу у газозбірнику, в результаті чого здійснити нагрівання дуттьового повітря до температур, які дають енергозберігаючий ефект, не вдається, а температура самого генераторного газу на виході з установки залишається високою. Низька тепловіддача від газу призводить у свою чергу до значного нагрівання внутрішніх стін корпусу генератора, підвищених втрат теплоти в довкілля, неадіабатності та зменшенню ефективності процесу. До причин, які перешкоджають отриманню необхідного результату, належить також обмежена кількість фурм для подачі повітря в зону окиснення. Це призводить до незначних за розмірами зон горіння, які обмежені глибиною проникнення повітря в шар роздрібненого вологого вихідного палива. Локалізація зон горіння не дозволяє отримати великий відсоток спаленого вуглецю й водню у складі палива, тобто підвищити продуктивність отримання генераторного газу. Таким чином, конструкція прототипу не забезпечує достатні умови для протікання процесу газифікації з максимальним ККД. Таким чином, конструкція прототипу не забезпечує достатні умови для протікання процесу газифікації з максимальною ефективністю. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення конструкції газогенератора вологої біомаси й отримання генераторного газу з низьким умістом забруднюючих домішок шляхом уведення нових конструктивних елементів, які перед надходженням палива в зону окиснення забезпечують попереднє нагрівання біомаси, її сушіння і регульоване видалення водяної пари із корпуса газогенератора, ефективне нагрівання дуттьового повітря за рахунок теплоти генераторного газу і рівномірне підведення повітря до біомаси в зоні окиснення, що дає можливість підвищити ефективність процесу генерації газу й унеможливити зупинку процесу. Поставлена задача вирішується тим, що газогенератор, який містить теплоізольований вертикальний корпус, завантажувальний бункер, конусну камеру окиснення з пристроєм для підводу дуттьового повітря, камеру відновлення і колосникову решітку, яка відділяє камеру відновлення від зольника з видаленням генераторного газу з нижньої частини газогенератора 1 UA 82616 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 над колосниковою решіткою через газовідвідні патрубки до споживачів, засіб видалення золи, і трубчастий теплообмінник у газозбірнику, згідно з корисною моделлю має трубопровід для видалення з газогенератора парогазової суміші і пристрій для регулювання кількості такої суміші залежно від параметрів і стадії процесу газифікації, газодувку, яка забезпечує розрідження в газогенераторі і видалення із нього генераторного газу, та надлишковий тиск в нагнітальному трубопроводі й подачу однієї частини газу до споживачів (85…90 % від загальних витрат газу), а іншої (10…15 %) - до газогенератора, де за допомогою кільцевого колектора, регулювального пристрою і газопідвідних фурм генераторний газ рівномірно подається в зону просушування вологої біомаси. На кресл. показано поздовжній розріз газифікатора, стрілками зображено напрямок руху дуттьового повітря і продуктів газифікації. Установка складається із сталевого корпусу 1 з футеровкою й тепловою ізоляцією 2, завантажувального бункера 3 із заслінкою 4 і конусом 5 для рівномірного завантаження сировиною вертикального циліндричного корпусу камери сушіння 6, футерованої камери окиснення 7 з трубопроводами 8 і регулювальним пристроєм 9 для подачі дуттьового повітря через перфорований повітропровід 10 за допомогою дуттьового вентилятора 11, футерованої камери відновлення 12, нижче якої розташована колосникова решітка 13, зольник 14 і шнек 15 для видалення золи із зольника, патрубка 16 для подачі стартового палива, газозбірника 17, у якому встановлено сталеву пластину 18 для радіаційного підігрівання дуттьового повітря і патрубки 19 для відведення генераторного газу по трубопроводу 20, газодувки 21, рециркуляційного трубопроводу 22, газових фурм 23, регулювального пристрою 24 і нагнітального трубопроводу 25, трубопроводу 26 для парогазової суміші із камери сушіння, і регулювального пристрою 27 для зміни кількості такої суміші. Установка працює таким чином. Перед запуском газогенератора з бункера 3 при відкритій заслінці 4 завантажують вихідне паливо - біомасу, при цьому конус 5 рівномірно розподіляє біомасу в камері сушіння 6, камерах 7 і 12 корпусу 1. Після завантаження заслінка 4 зачиняється. Через патрубок 16 завантажується стартове паливо, теплота згорання якого спричиняє запуск газогенератора. Регулювальний пристрій 27 на трубопроводі 26 в цей період повинен бути повністю відкритим для можливості видалення водяної пари з камери сушіння 6 в атмосферу. Після виходу установки на режим патрубок 16 закривають. Регулювальний пристрій 27 закривають частково залежно від вологості вихідного палива і параметрів процесу газифікації. Найбільш важливим є видалення водяної пари в початковий момент розігрівання газогенератора, коли кількість теплоти, яка виділяється у ході екзотермічних реакцій окиснення, може бути меншою за втрати теплоти через корпус генератора, втрати на випаровування водяної пари й витрати на ендотермічні реакції відновлення. За таких умов може відбутися припинення термохімічних процесів у газогенераторі. У подальшому після набуття стаціонарного процесу й сталого виділення теплоти в зоні окиснення необхідно зберегти водяну пару в складі газів низхідного потоку і зменшити видалення водяної пари у довкілля. Для цього регулювальний пристрій 27 частково закривають залежно від параметрів і стадії процесу газифікації Підвищений уміст водяної пари в газах, які надходять із зони сушіння і окиснення у зону відновлення газифікатора дає можливість отримати додаткову кількість горючих компонентів генераторного газу у вигляді водню Н2 і монооксиду вуглецю CO. Таким чином, водяна пара і діоксид вуглецю СО2 як продукти реакції окиснення вихідного палива разом із водяною парою, яка утворюється при підсушуванні палива, відновлюються до горючих компонентів генераторного газу CO і Н2. Під напором вентилятора 11 дуттьове повітря тангенціально подається в радіаційний теплообмінник, який утворений сталевою циліндричною пластиною 18 і нагрівається за рахунок охолодження генераторних газів, що рухаються вертикально в газовій камері 17 і далі за допомогою трубопроводів 8 із регулювальними пристроями 9, надходить до перфорованого повітропровода 10, котрий розташований у горизонтальній і вертикальній площині камери окиснення 7 і здійснює рівномірне підведення повітря до частинок біомаси. На сталевий корпус газогенератора 1 нанесено шар теплової ізоляції 2, а бічні поверхні камер 7 і 12 футеровані. В камері 7 відбувається окиснення палива, а в циліндричній камері 12 процес відновлення газів і крекінгу смоли. В міру протікання процесу газифікації біомаса осідає вниз, після чого у верхній частині газогенератора вона додатково завантажується. Продукти газифікації проходять шар вугільного залишку на решітці 13, де завершуються процеси газифікації й очищення газів від важких смол за рахунок їх розкладання на більш легкі фракції та гази (крекінг смол) і далі крізь колосникову решітку 13 разом із попелом потрапляють у зольник 14. У зольнику попіл за допомогою шнека 15 видаляється, а генераторний газ 2 UA 82616 U 5 10 15 20 25 30 35 40 надходить у газозбірник 17, де віддає тепло дуттьовому повітрю, що циркулює в радіаційному теплообміннику 18. Через патрубки 19 генераторний газ надходить у кільцевий колектор 20, а з нього - в газодувку 21, яка подає по трубопроводу 25 основну частину газу (85-90 % від загальної кількості, що надходить до газодувки) споживачам газу, а решта газу (10-15 %) надходить до рециркуляційного кільцевого трубопроводу 22 і через газові фурми 23 повертається в камеру сушіння 6 газогенератора. Кількість газу, який рециркулює до камери сушіння, регулюється за допомогою пристрою 24 залежно від вологості вихідного палива. Генераторний газ, який рециркулює в камеру сушіння і далі попадає в камеру окиснення 7 сприяє збільшенню ККД установки за рахунок підвищення ефективності сушіння біомаси, виділення додаткової теплоти при згоранні горючих компонентів генераторного газу в зоні окиснення і поліпшення складу генераторного газу. Підвищення ефективності нагрівання дуттьового повітря досягається за рахунок використання радіаційної складової передачі теплоти, яка значно інтенсивніша за конвективну в умовах високих температур генераторного газу й тангенціальної подачі дуттьового повітря. Наявність повітряного прошарку в зоні контакту з внутрішньою поверхнею корпусу генератора і омивання гарячими генераторними газами камер окиснення й газифікації створює адіабатні умови, що зменшує втрати теплоти в довкілля і інтенсифікує реакції окиснення та відновлення. Рівномірне надходження нагрітого повітря через перфорований повітропровід, який розташований у вертикальній і горизонтальній площині зони окиснення, дає можливість збільшити повноту окиснення вуглецю у паливі, поліпшити якість генераторного газу за рахунок збільшення вмісту горючих компонентів у складі газу і зменшити втрати вуглецю із золою. Запропонована корисна модель дає змогу створити газогенератор з стійким протіканням процесів сушіння і окиснення вихідного палива, ефективним нагріванням дуттьового повітря за рахунок теплоти генераторного газу, що дозволяє забезпечити високу ефективність газифікації вологої біомаси, збільшити ККД установки та отримати генераторний газ із високим умістом горючих компонентів та незначною кількістю забруднюючих домішок. Регулювання кількості водяної пари в реакційній зоні газогенератора усуває причини зупинки його роботи у зв'язку з підвищеними втратами теплоти. Джерела інформації: 1. Михеев В.П. Газовое топливо и его сжигание: учебник / В.П. Михеев. - Л.: Недра, 1966. С. 108, 111. 2. Деклараційний пат. на корисну модель 74138 Україна. МПК (2012.01) C10J3/20. Двозонний газогенератор вологих органічних відходів / Л.Μ. Маркіна, С.С. Рижков, С.І. Сербін, Μ.В. Рудюк (Україна). - № u201200288; заявл. 10.01.2012; опубл. 25.10.2012. - 2012. - Бюл. № 20. 3. Деклараційний пат. на винахід 29287 Україна. МПК C10J3/20. Газогенератор / Г.Г. Гелетуха, I.С. Варганов (Україна). - № 98052297; заявл. 06.05.1998; опубл. 16.10.2000. - 2000. Бюл. № 5. 4. Деклараційний пат. на винахід 32759 Україна. МПК C10J3/20. Газогенератор / Г.Г. Гелетуха, I.С. Варганов, I.I. Борисов (Україна). - № 98031460; заявл. 24.03.1998; опубл. 15.02.2001. - 2001. - Бюл. № 1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 55 60 Газогенератор вологої біомаси, що містить теплоізольований вертикальний корпус, завантажувальний бункер, конусну камеру окиснення з пристроєм для підводу дуттьового повітря, камеру відновлення і колосникову решітку, яка відділяє камеру відновлення від зольника з видаленням генераторного газу з нижньої частини газогенератора над колосниковою решіткою через газовідвідні патрубки до споживачів, засіб видалення золи і трубчастий теплообмінник у газозбірнику, який відрізняється тим, що має трубопровід для видалення з газогенератора парогазової суміші і пристрій для регулювання кількості такої суміші залежно від параметрів і стадії процесу газифікації, газодувку, яка забезпечує розрідження в газогенераторі і видалення із нього генераторного газу, та надлишковий тиск в нагнітальному трубопроводі й подачу однієї частини газу до споживачів (85…90 % від загальних витрат газу), а іншої (10…15 %) - до газогенератора, де за допомогою кільцевого колектора, регулювального пристрою і газопідвідних фурм генераторний газ рівномірно подається в зону просушування вологої біомаси, має сталеву циліндричну пластину, яка утворює радіаційний теплообмінник для нагрівання повітря і розділяє газозбірник на дві кільцеві зони: внутрішню, у якій знизу вгору рухається генераторний газ, і зовнішню, до якої від вентилятора тангенціально подається дуттьове повітря, нагрівається і надходить до перфорованого повітропровода, котрий 3 UA 82616 U розташований в горизонтальній й вертикальній площині камери окиснення і здійснює рівномірне підведення повітря до біомаси. Комп’ютерна верстка В. Мацело 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 4