Газогенератор

Реферат: Газогенератор містить теплоізольований вертикальний корпус із зоною сушіння вихідного вологого палива, завантажувальний бункер, конусну камеру окиснення з насадкою для підведення дуттьового повітря, систему повітропроводів, що з'єднують нагнітач повітря з пристроями для його подачі, циліндричну камеру відновлення і колосникову решітку, засіб рівномірного розподілу вихідного палива в корпусі, засіб видалення золи і теплообмінник у газозбірнику генератора для нагрівання дуттьового повітря. Додатково введено сталеву циліндричну пластину, яка розділяє газозбірник на дві кільцеві зони: зовнішню і внутрішню, та два вертикальні трубопроводи, які розташовані у взаємоперпендикулярних напрямках. UA 82674 U (54) ГАЗОГЕНЕРАТОР UA 82674 U UA 82674 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до пристроїв для термохімічного оброблення твердого горючого палива у вигляді біомаси з низхідним потоком газів з метою отримання генераторного газу, придатного для використання як екологічно чистого газоподібного палива для водогрійних і парових котлів, двигунів внутрішнього згорання й газотурбінних установок. Відомі газогенератори, які включають завантажувальний бункер, вертикальний корпус із зоною сушіння вихідного палива, камеру окиснення з фурмами для підведення дуттьового повітря, камеру газифікації і вигрібний ніж для видалення золи. Видалення генераторного газу здійснюють із зон, що розташовані у верхній і нижній частині камери газифікації [1, 2, 3, 4]. Але кожна установка має істотні недоліки. Отже, відсутність теплової ізоляції корпусу генератора в зоні сушіння призводить до підвищених втрат теплоти в довкілля і зменшення ефективності роботи генератора. Відсутність у конструкції газогенератора колосникової решітки призводить до складного регулювання швидкості обертання вигрібного ножа для видалення золи залежно від вологості й розміру твердого палива. Значні втрати теплоти і отриманим гарячим генераторним газом спричиняють зменшення продуктивності газогенератора та його ККД. Отриманню високої ефективності процесу газифікації перешкоджає також нерівномірність подачі повітря по товщині шару вихідного палива. Витрати дуттьового повітря не регулюються, а тому генераторний газ буде надходити з незначним умістом горючих компонентів, що також зменшує ККД установки. Газогенератори розраховано тільки для газифікації сухого твердого палива, що обмежує їх застосування, вони малоефективні для вологих сільськогосподарських відходів із малою об'ємною питомою масою. Найбільш близьким до рішення, що заявляється, є прийнятий за прототип газогенератор [5], який обладнано трубчастим конвективним теплообмінником, що розміщений у газозбірнику й слугує для нагрівання дуттьового повітря. Недоліком такого газогенератора є те, що низька швидкість руху генераторного газу в газозбірнику спричиняє недостатню ефективність роботи теплообмінника, 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. Це призводить у свою чергу до значного нагрівання внутрішніх стін корпусу генератора, підвищених втрат теплоти в довкілля, неадіабатності та зменшення ефективності процесу. До причин, які перешкоджають отриманню необхідного результату, належить також подача недостатньо нагрітого повітря в зону окиснення за допомогою обмеженої кількості фурм. 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 максимальним ККД. В основу цієї корисної моделі поставлено задачу вдосконалення газогенератора шляхом введення нових конструктивних елементів, які забезпечують ефективне нагрівання дуттьового повітря за рахунок теплоти генераторного газу, зменшення втрат теплоти із зони окиснення й газифікації, рівномірне підведення повітря до частинок біомаси в зоні окиснення, що дає можливість підвищити ефективність процесу генерації газу. Поставлена задача розв'язується тим, що газогенератор, який містить теплоізольований вертикальний корпус із зоною сушіння вихідного вологого палива, завантажувальний бункер, конусну камеру окиснення з насадкою для підведення дуттьового повітря, систему повітропроводів, що з'єднують нагнітач повітря з пристроями для його подачі, циліндричну 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 рівномірного розподілу вихідного палива в корпусі, засіб видалення золи і теплообмінник у газозбірнику генератора для нагрівання дуттьового повітря, згідно з корисною моделлю, додатково має сталеву циліндричну пластину, яка розділяє газозбірник на дві кільцеві зони: зовнішню, до якої тангенціально, зі значною швидкістю подається дуттьове повітря від вентилятора, і внутрішню, у якій знизу вгору рухається генераторний газ й омиває при цьому як камеру окиснення та газифікації, так і сталеву циліндричну пластину радіаційного теплообмінника. Також поставлена задача розв'язується тим, що установка має два вертикальні трубопроводи, які розташовані у взаємоперпендикулярних напрямках, по яких нагріте повітря надходить до камери окиснення через перфоровані повітропроводи, що розташовані в горизонтальній і вертикальній площині та здійснюють рівномірне підведення повітря до частинок біомаси. 1 UA 82674 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 На кресленні показано поздовжній розріз газифікатора, стрілками зображено напрямок руху дуттьового повітря й продуктів газифікації. Установка складається зі сталевого корпусу 1 з футерівкою й тепловою ізоляцією 2, завантажувального бункера 3 із заслінкою 4 і конусом 5 для рівномірного завантаження сировиною сушильної камери 6, футерованої камери окиснення 7, вертикальних трубопроводів 8 із регулювальними пристроями 9 для подачі дуттьового повітря через перфоровані повітропроводи 10 за допомогою 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 радіаційний теплообмінник 18 для нагрівання дуттьового повітря, патрубки 19 для відведення генераторного газу із газозбірника за допомогою трубопроводу 20. 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 сушильній камері 6, камерах 7 і 12 корпусу 1. Після завантаження заслінка 4 зачиняється. Через патрубок 16 завантажується стартове паливо, теплота згорання якого спричиняє запуск газогенератора. Після виходу установки на режим патрубок 16 закривають. 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 повітропроводу, 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 паливо осідає вниз, після чого у верхній частині газогенератора додатково завантажується біомаса. 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 надходить у газозбірник 17, де віддає тепло дуттьовому повітрю, що циркулює в радіаційному теплообміннику 18. Через патрубки 19 генераторний газ надходить у трубопровід 20 до споживачів. 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 й 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 ефективним нагріванням дуттьового повітря за рахунок теплоти генераторного газу, стійким протіканням процесів окиснення вихідного палива, що дозволяє забезпечити високу ефективність газифікації біомаси з підвищеною вологістю, збільшити ККД установки й отримати генераторний газ із низьким умістом забруднюючих домішок. Джерела інформації: 1. Михеев В.П. Газовое топливо и его сжигание: учебник / В.П. Михеев. - Л.: Недра, 1966. С. 108, 111. 2. Описание изобретения к авторському свидетельству 1701731 СССР. МПК SU C10J 3/20. Газификатор / Н.В. Пошернев, А.К. Леонтьев, А.Ф. Смоляков, В.Н. Моршин, Я.С. Цинман (СССР). - № 1357424; заявл. 01.02.1989; опубл. 30.12 1991.-1991. - Бюл. № 48. 3. Деклараційний пат. на корисну модель 74138 Україна. МПК (2012.01) C10J 3/20. Двозонний газогенератор вологих органічних відходів / Л.М. Маркіна, С.С. Рижков, С.І. Сербін, М.В. Рудюк (Україна). - № u 201200288; заявл. 10.01.2012; опубл. 25.10.2012.-2012. - Бюл. № 20. 4. Деклараційний пат. на винахід 29287 Україна. МПК C10J 3/20. Газогенератор / Г.Г. Гелетуха, I.С. Варганов (Україна). - № 98052297; заявл. 06.05.1998; опубл. 16.10.2000.-2000. Бюл. № 5. 2 UA 82674 U 5. Деклараційний пат. на винахід 32759 Україна. МПК C10J 3/20. Газогенератор / Г.Г. Гелетуха, I.С. Варганов, I.I. Борисов (Україна). - № 98031460; заявл. 24.03.1998; опубл. 15.02.2001.-2001. - Бюл. № 1. 5 10 15 20 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Газогенератор, що містить теплоізольований вертикальний корпус із зоною сушіння вихідного вологого палива, завантажувальний бункер, конусну камеру окиснення з насадкою для підведення дуттьового повітря, систему повітропроводів, що з'єднують нагнітач повітря з пристроями для його подачі, циліндричну 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 рівномірного розподілу вихідного палива в корпусі, засіб видалення золи і теплообмінник у газозбірнику генератора для нагрівання дуттьового повітря, який відрізняється тим, що має сталеву циліндричну пластину, яка розділяє газозбірник на дві кільцеві зони: зовнішню, до якої тангенціально, зі значною швидкістю подається дуттьове повітря від вентилятора, і внутрішню, у якій знизу вгору рухається генераторний газ й омиває при цьому як камеру окиснення та газифікації, так і сталеву циліндричну пластину радіаційного теплообмінника, та два вертикальні трубопроводи, які розташовані у взаємоперпендикулярних напрямках, по яких нагріте повітря надходить до камери окиснення через перфоровані повітропроводи, що розташовані в горизонтальній і вертикальній площині та здійснюють рівномірне підведення повітря до частинок біомаси. 3 UA 82674 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 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