Установка для газифікації твердої органічної сировини

1. Установка для газифікації твердої органічної сировини, що містить термохімічний реактор, пристрій для завантаження органічної сировини, систему відведення паливного газу і пристрій для вивантаження золи, яка відрізняється тим, що пристрій для завантаження органічної сировини містить конвеєр, вміщений в герметичний корпус, який з одного боку сполучений з термохімічним реактором, а з іншого боку сполучений з накопичувачем сировини, який забезпечений рідинним затвором, в нижній частині термохімічного реактора вмонтовано люк для підпалу сировини, термохімічний реактор додатково містить пристрій для очи C2 2 UA 1 3 установка для термохімічної переробки сипких або рідких матеріалів. Ця установка містить термохімічний реактор з вузлом завантаження матеріалу, що переробляється, вузлом виведення продуктів переробки в рідкій фазі, пристрій для нагріву реакційноздатної суміші, магістраль подачі підігрітої реакційноздатної суміші з вузлом введення її в термохімічний реактор, колектор відведення продуктів переробки в паро-газовій фазі, сполучений магістраллю з газоочисником, основну магістраль відведення очищеного паливного газу і пристрій для вивантаження золи. Крім того, установка забезпечена вихровим газорозділювачем з входом, сполученим з основною магістраллю очищених газів, що відходять, і двома виходами, один з яких призначений для відведення легких вуглеводневих газів, а інший для частини горючих газів, що залишилася, ресиверами, сполученими з виходами газорозділювача. Установка також забезпечена колекторами рідинної пари і повітря, при цьому регенеративний газонагрівач сполучений з ресиверами, колекторами рідинної пари і повітря, а пристрій для нагріву реакційноздатної газоподібної суміші виконаний у вигляді регенеративного газонагрівача (патент RU 2073348, МПК С01ВЗ/34, C10J3/00, опубліковано: 1997.02.10). У об'єкта, що заявляється, і прототипу співпадають такі суттєві ознаки: установки містять термохімічний реактор, пристрій для завантаження органічної сировини, систему відведення паливного газу і пристрій для вивантаження золи. Ефективність газифікації твердої органічної сировини обумовлена вмістом діоксиду вуглецю в паливному газі, втратами паливного газу при періодичних завантаженнях сировини, теплотворною здатністю паливного газу та залежить від багатьох чинників, зокрема, від герметичності процесу завантаження органічної сировини і вивантаження золи, можливості постійного або періодичного очищення внутрішньої поверхні термохімічного реактора від настилів, рівномірності газопроникності шару органічної сировини в термохімічному реакторі. Аналіз технічних властивостей прототипу, обумовлених його ознаками, показує, що отриманню очікуваного технічного результату при використанні прототипу перешкоджають такі причини: - недостатня герметичність при завантаженні первинної сировини в термохімічний реактор призводить до втрат паливного газу при періодичних завантаженнях, а також до підсосу повітря в процесі роботи термохімічного реактора, внаслідок чого збільшуються втрати паливного газу і знижується його теплотворна здатність; - недостатня рівномірність газопроникності шару твердих органічних відходів, що призводить до роботи термохімічного реактора в режимі «канального ходу» газу і локальних прогарів сировини, внаслідок чого збільшується вміст діоксиду вуглецю в паливному газі і зменшується його теплотворна здатність; - недостатня герметичність при вивантаженні золи, що утворюється в процесі роботи установки, призводить до неконтрольованого підсосу повітря в термохімічний реактор, за рахунок чого збільшу 92973 4 ється вміст діоксиду вуглецю в паливному газі і знижується його теплотворна здатність; - зменшення робочого об'єму термохімічного реактора при утворенні настилів на внутрішній поверхні термохімічного реактора і необхідність зупинки термохімічного реактора для ручного видалення настилів, що призводить до зниження номінальної продуктивності установки. В основу об'єкта, який заявляється, поставлено задачу створення такої установки для газифікації твердої органічної сировини, в якій удосконалення шляхом введення нових елементів дозволяють при використанні об'єкта, що заявляється, забезпечити досягнення технічного результату, який полягає в підвищенні ефективності газифікації твердої органічної сировини. Установка для газифікації твердої органічної сировини, що заявляється, містить термохімічний реактор, пристрій для завантаження органічної сировини, систему відведення паливного газу і пристрій для вивантаження золи. Відмітною особливістю є те, що пристрій для завантаження органічної сировини містить конвеєр, вміщений в герметичний корпус, який з одного боку сполучений з термохімічним реактором, а з іншого боку сполучений з накопичувачем сировини, який забезпечений рідинним затвором. В нижній частині термохімічного реактора вмонтовано люк для підпалу сировини. Установка забезпечена пристроєм для очищення внутрішньої поверхні термохімічного реактора, що містить скребки, які встановлені з можливістю обертання навколо осі термохімічного реактора. Пристрій для вивантаження золи містить накопичувач золи і шнек для видалення золи із реактора, при цьому накопичувач золи забезпечений рідинним затвором. Крім того, установка містить гвинтову колосникову решітку, яка встановлена над накопичувачем золи з можливістю обертання, та пристрій для нагнітання повітря, повітровід якого сполучено з внутрішньою порожниною колосникової решітки. У окремих випадках використання об'єкт, що заявляється, характеризується тим, що: - система відведення паливного газу містить вентилятор, встановлений між пристроєм для конденсації пари вуглеводнів і циклономкраплеуловлювачем; - колосникова решітка встановлена з можливістю обертання при частковому зануренні у воду рідинного затвора; - установка забезпечена пристроєм для подачі пари, вихідний патрубок якого сполучений з внутрішньою порожниною колосникової решітки, а теплообмінний апарат розташований на трубопроводі для паливного газу; - термохімічний реактор містить кожух, при цьому внутрішній простір між поверхнею термохімічного реактора і кожухом зверху сполучений з патрубком для забору холодного повітря, а знизу сполучений з вхідним патрубком засобу для нагнітання повітря; - рідинний затвор у накопичувачі сировини як рідину містить відпрацьоване моторне мастило. При використанні об'єкта, що заявляється, очікується досягнення технічного результату, який 5 полягає в підвищенні ефективності газифікації твердої органічної сировини. Між сукупністю суттєвих ознак об'єкта, який заявляється, і технічним результатом, що досягається, є такий причинно-наслідковий зв'язок. Розташування конвеєра в герметичному корпусі, який з одного боку сполучений з термохімічним реактором, а з іншого боку сполучений з накопичувачем сировини, що забезпечений рідинним затвором із води або відпрацьованого моторного мастила, дозволяє забезпечити герметичність завантаження сировини в термохімічний реактор. В результаті відсутні втрати паливного газу при періодичних завантаженнях сировини в термохімічний реактор, а також відсутній підсос повітря в процесі роботи термохімічного реактора з накопичувача сировини через верхню частину термохімічного реактора в систему відведення паливного газу, що сприяє зниженню вмісту в паливному газі діоксиду вуглецю і збільшенню теплотворної здатності паливного газу. Наявність скребків, встановлених з можливістю обертання навколо осі термохімічного реактора, забезпечує очищення його внутрішньої поверхні від настилів без зупинок термохімічного реактора в процесі його роботи, з одночасним перемішуванням органічної сировини. Це перешкоджає зменшенню робочого об'єму термохімічного реактора через утворення настилів, збільшує номінальну продуктивність установки, підвищує рівномірність розподілу сировини усередині термохімічного реактора і, відповідно, рівномірність газопроникності шару твердих органічних відходів, внаслідок чого мінімізуються режими «канального ходу» і локальні прогари сировини. При цьому в паливному газі зменшується вміст діоксиду вуглецю і збільшується його теплотворна здатність. Наявність в конструкції установки пристрою вивантаження золи з рідинним затвором забезпечує герметичність установки при вивантаженні золи і запобігає підсосу повітря в термохімічний реактор, за рахунок чого знижується вміст діоксиду вуглецю в паливному газі і збільшується його теплотворна здатність. Обладнання установки гвинтовою колосниковою решіткою, яка встановлена над накопичувачем золи з можливістю обертання, забезпечує переміщення нагрітої золи з нижньої частини термохімічного реактора в накопичувач золи через рідинний затвор, в якому зола інтенсивно охолоджується. Пара, яка утворюється, поступає в термохімічний реактор, що дозволяє збільшити калорійність паливного газу. Виконання в нижній частині термохімічного реактора люка для підпалу сировини та обладнання установки пристроєм для нагнітання повітря, повітровід якого сполучено з внутрішньою порожниною колосникової решітки, забезпечує можливість попереднього підпалу органічної сировини і отримання необхідної реакційної температури в термохімічному реакторі тільки за рахунок горіння органічної сировини без використання заздалегідь нагрітих гарячих газів. Обладнання системи відведення паливного газу вентилятором, встановленим між пристроєм 92973 6 для конденсації пари вуглеводнів і циклономкраплеуловлювачем забезпечує необхідні умови для інтенсивного відведення з термохімічного реактора висококалорійного паливного газу. Встановлення колосникової решітки з можливістю обертання при частковому зануренні накопичувача золи у воду рідинного затвора забезпечує інтенсивне охолодження застряглих в колосниковій решітці шматків золи, зменшення їх розміру при охолодженні і випадання в накопичувач золи. Обладнання установки пристроєм для подачі пари, вихідний патрубок якого сполучений з внутрішньою порожниною колосникової решітки, а теплообмінний апарат розташований на трубопроводі для паливного газу, у ряді випадків, дозволяє збільшити калорійність паливного газу. Крім того, розташування теплообмінного апарата пристрою для подачі пари на трубопроводі для паливного газу сприяє його охолоджуванню і дозволяє понизити витрати тепла на отримання пари. Обладнання термохімічного реактора кожухом, таким чином, що внутрішній простір між поверхнею термохімічного реактора і кожухом зверху сполучений з патрубком для забору холодного повітря, а знизу сполучений з вхідним патрубком засобу для нагнітання повітря, дозволяє зменшити втрати теплоти із зовнішньої поверхні термохімічного реактора і заздалегідь підігріти повітря, яке нагнітається в нього, для активізації процесу горіння органічної сировини. Використання у рідинному затворі накопичувача сировини як рідини відпрацьованого моторного мастила дозволяє забезпечити герметичність завантаження сировини в термохімічний реактор без підвищення вологості сировини при одночасній утилізації відпрацьованого моторного мастила. Суть об'єкту, що заявляється, пояснюється графічним матеріалом, на якому зображена принципова схема установки для газифікації твердої органічної сировини. На графічних матеріалах проставлені такі позначення: 1 - термохімічний реактор; 2 - стрічковий конвеєр; 3 - герметичний корпус; 4 - накопичувач сировини; 5 - рідинний затвор; 6 - скребки; 7 - вал; 8 - люк для підпалу сировини; 9 - накопичувач золи; 10 - шнек; 11 - рідинний затвор; 12 - датчик рівня води; 13 - патрубок для заливання води; 14 - вентиль; 15 - колосникова решітка; 16 - вентилятор; 17 - повітровід; 18 - пристрій для конденсації пари вуглеводнів; 19 - трубопровід для зливу рідких вуглеводнів; 20 - циклон-краплеуловлювач; 21 - трубопровід для зливу рідких вуглеводнів; 7 22 - трубопровід для паливного газу; 23 - вентилятор; 24 - вихідний патрубок для подачі пари; 25 - теплообмінний апарат; 26 - кожух; 27 - патрубок для забору холодного повітря; 28 - вхідний патрубок вентилятора; 29 - опори. У конкретному прикладі виконання установка для газифікації твердої органічної сировини містить циліндровий термохімічний реактор 1 з вогнетривкою футерівкою в нижній частині. Пристрій для завантаження органічної сировини містить нахилений стрічковий конвеєр 2, вміщений в герметичний корпус 3, який з одного боку сполучений з верхньою частиною термохімічного реактора 1, а з іншого боку сполучений з накопичувачем сировини 4, який забезпечений рідинним затвором 5. Установка забезпечена пристроєм для очищення внутрішньої поверхні термохімічного реактора, що містить скребки 6, які встановлені на валу 7 з можливістю обертання навколо осі термохімічного реактора 1. У нижній частині термохімічного реактора 1 виконаний люк для підпалу сировини 8. Пристрій для вивантаження золи містить накопичувач золи 9 і шнек 10. У накопичувачі золи 9 установлений рідинний затвор 11. Для визначення рівня води у рідинному затворі 11 служить датчик рівня води 12, який працює за принципом сполучених сосудів. Для поповнення води у рідинному затворі 11 установлений патрубок для заливання води 13 з вентилем 14. Для зменшення винесення води з рідинного затвора 11 при вивантаженні золи шнеком 10 з накопичувача золи 9 шнек 10 установлений похило і його верхній кінець розташований вище за рівень води у рідинному затворі 11 в накопичувачі золи 9. Крім того, установка забезпечена гвинтовою колосниковою решіткою 15, яка установлена над накопичувачем золи 9 з можливістю обертання. Гвинтові колосникові решітки 15, виконані, наприклад, у вигляді двох барабанів, установлених з можливістю обертання в протилежних напрямах і виконаних з гвинтовою поверхнею з навитих смуг жароміцної сталі. Кінці смуги, з якої навитий кожен барабан, зігнуті таким чином, що співпадають з віссю барабана. Один кінець смуги закріплений в стінці термохімічного реактора 1 в підшипнику ковзання з упором на торець, а інший кінець смуги спирається на підшипник і сполучений з приводом обертання за межами термохімічного реактора. У окремому випадку виконання колосникова решітка 15 установлена з можливістю обертання при частковому зануренні барабанів у воду рідинного затвору 11 накопичувача золи 9. Установка забезпечена пристроєм для нагнітання повітря, що містить вентилятор 16 і повітровід 17, який сполучений з внутрішньою порожниною циліндричної колосникової решітки 15. Система відведення паливного газу містить пристрій для конденсації пари вуглеводнів 18 з трубопроводом для зливу рідких вуглеводнів 19 і циклон-краплеуловлювач 20 з трубопроводом для зливу рідких вуглеводнів 21 та сполучений з тру 92973 8 бопроводом для паливного газу 22. Між пристроєм для конденсації пари вуглеводнів 18 і циклономкраплеуловлювачем 20 установлений вентилятор 23. У окремому випадку виконання установка забезпечена пристроєм для подачі пари, вихідний патрубок для подачі пари 24 якого сполучений з внутрішньою порожниною колосникової решітки 15, а теплообмінний апарат 25 розташований на трубопроводі для паливного газу 22. У окремому випадку виконання термохімічний реактор забезпечений кожухом 26. При цьому внутрішній простір між поверхнею реактора 1 і кожухом 26 сполучений зверху з патрубком забору холодного повітря 27 і сполучений знизу з вхідним патрубком 28 вентилятора 16. Установка для газифікації твердої органічної сировини установлена на опорах 29. У конкретному прикладі установка для газифікації твердої органічної сировини, що заявляється, працює так. Як первинна органічна сировина можуть використовуватися тверді виробничі і побутові відходи, зношені автопокришки, лушпиння соняшнику, промаслене дрантя, відходи деревообробної промисловості, кам'яне і буре вугілля та інше. У накопичувач сировини 4 і в накопичувач золи 9 заливають воду для формування рідинних затворів 5 і 11. Первинна сировина засипається в накопичувач сировини 4 і через рідинний затвор 5, за допомогою нахиленого стрічкового конвеєра 2 (швидкість конвеєра - 1,0м/хв), що знаходиться в герметичному корпусі 3, подається в термохімічний реактор 1. При цьому частина рідини стікає з поверхні сировини на нижню частину герметичного корпуса 3 і самопливом повертається в накопичувач сировини 4. Необхідний рівень рідини в накопичувачі сировини 4 контролюється в процесі роботи установки візуально і підтримується шляхом періодичного додавання води. Після заповнення сировиною всього об'єму термохімічного реактора 1, через люк для підпалу органічної сировини 8 заливають 1-2 літри мазуту, дизельного палива або бензину і підпалюють це паливо факелом уручну. Вентилятором 16 через повітровід 17, який сполучений з внутрішньою порожниною циліндрових колосникових решіток 15, в термохімічний реактор 1 нагнітають повітря, яке забезпечує інтенсивне горіння органічної сировини над колосниковими решітками 15 в нижній частині термохімічного реактора 1. При горінні виділяється тепло, за рахунок якого прогріваються і підсушуються верхні шари органічної сировини. Далі горить вже підсушена первинна сировина, яка опускається під дією сили тяжіння на місце тої, що згоріла. Періодично включаючи стрічковий конвеєр 2 завантажують додаткову органічну сировину в термохімічний реактор 1. Зола, що утворилася, скупчується на колосникових решітках 15. При обертанні колосникових решіток 15 зола потрапляє через рідинний затвор 11 в накопичувач золи 9, в якому остигає і далі видаляється шнеком 10. Пара, що утворюється, через колосникові решітки 15 поступає в термохімічний реактор 1. Рівень води в накопичувачі золи 9 визначається візуально за допомогою датчика рівня води 12, який пра 9 цює за принципом сполучених посудин. Необхідна кількість води для підтримки заданого рівня рідинного затвора 11 в накопичувачі золи 9 доливається через патрубок для заливання води 13. В процесі спалювання органічної сировини в термохімічному реакторі 1 утворюються зона сушіння, яка розташована у верхній частині реактора, зона термохімічної деструкції, що розташована в середній частині реактора і окислювальна зона, яка розташована в нижній частині реактора. Скребками 6, що обертаються навколо осі термохімічного реактора 1, здійснюється очищення його внутрішньої поверхні від настилів в процесі його роботи з одночасним перемішуванням органічної сировини. Завантажена в термохімічний реактор 1 органічна сировина при перемішуванні послідовно проходить зону сушіння (температура 20-200°С), в якій відбувається випаровування вологи і нагрівання сировини, зону термохімічної деструкції (температура 200-900°С), в якій відбувається виділення летючих компонентів, відновлення СО2 до СО, термохімічна деструкція твердої органічної сировини з виділенням парогазової суміші вуглеводнів під впливом теплоти продуктів горіння, і окислювальну зону (температура 900-1200°С). Внаслідок чого первинна сировина газифікується. У окислювальній зоні відбувається процес окислення (горіння) вуглецю киснем повітря з виділенням СО2 і СО. Зола з неорганічними включеннями (метал, скло, кераміка, будівельне сміття) видаляється із зони окислення за допомогою колосникових решіток 15, що обертаються, і зсипається в заповнений водою накопичувач золи 9. Нижні частини колосникових решіток 15 постійно занурені у воду рідинного затвору, за рахунок чого відбувається їхнє охолодження. При попаданні гарячої золи у воду рідинного затвору, а також при охолодженні колосникових решіток 15 відбувається випаровування води. Пари води поступають через колосникові решітки 15 в зону окислення. При контакті в окислювальній зоні гарячого вуглецю з парами води відбувається хімічна реакція з утворенням CO і Н2, внаслідок чого підвищується 92973 10 теплотворна здатність паливного газу. Зола з накопичувача золи 9 видаляється за допомогою шнека 10. Парогазова суміш вуглеводнів, утворених в результаті процесів сушіння, термохімічної деструкції і окислення вуглецю за допомогою вентилятора 23 відводиться з термохімічного реактора 1 в пристрій для конденсації пари вуглеводнів 18 і далі в циклон-краплеуловлювач 20. У пристрої для конденсації пари вуглеводнів 18 відбувається конденсація рідких фракцій вуглеводнів, які видаляються через трубопровід для зливу рідких вуглеводнів 19. У циклоні-краплеуловлювачі 20 відбувається очищення паливного газу від крапель рідких вуглеводнів. Суміш рідких вуглеводнів, що накопичуються в циклоні-краплеуловлювачі 20, в процесі роботи установки видаляється через трубопровід для зливу рідких вуглеводнів 21. З циклона-краплеуловлювача 20 очищений паливний газ потрапляє в трубопровід для паливного газу 22, звідки прямує до споживача. Таким чином установка виходить на заданий режим газифікації твердої органічної сировини. У окремому випадку використання установки для подальшого збільшення калорійності паливного газу здійснюється подача додаткової кількості пари в термохімічний реактор 1 від теплообмінного апарату 25, який розташований на гарячому трубопроводі для паливного газу 22, через вихідний патрубок для подачі пари 24, що сполучений з внутрішньою порожниною циліндрових колосникових решіток 15. У окремому випадку для активізації процесу горіння органічної сировини здійснюється підігрівання повітря, яке нагнітається в термохімічний реактор 1. Для цього повітря спочатку через патрубок забору холодного повітря 27 потрапляє у внутрішній простір між поверхнею реактора 1 і кожухом 26 де нагрівається до 50-100°С і тільки тоді через вхідний патрубок 28 і вентилятор 16 надходить в термохімічний реактор 1. Таким чином при використанні об'єкту, що заявляється, забезпечується підвищення ефективності газифікації твердої органічної сировини. 11 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 92973 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