Установка для получения энергии

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для получения электрической и тепловой энергии путем газификации твердого топлива. Установка для получения энергии содержит газогенератор с бункерами загрузки топлива и выгрузки твердого остатка, модуль очистки полученного в газогенераторе генераторного газа и энергетический блок. Модуль очистки генераторного газа выполнен в виде последовательно установленных и соединенных транспортирующими системами устройства для очистки от твердых загрязнений, теплообменного аппарата для охлаждения генераторного газа и удаления из него влаги и устройства тонкой очистки генераторного газа, выход которого соединен с аккумулятором, выход аккумулятора имеет возможность соединения с энергетическим блоком и с блоком утилизации излишков генераторного газа, причем установка снабжена рекуператором тепла отработавших газов, смесителем и увлажнителем, вход первого контура которого связан с газовым выходом газогенератора, выход первого контура - с устройством очистки топлива от твердых загрязнений, вход рекуператора связан с выходом энергетического блока, а выход - с первым входом смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго контура увлажнителя, а выход смесителя соединен с входом газогенератора, при этом установка может быть смонтирована на транспортном средстве или прицепе, имеющем возможность соединения с транспортным средством. Изобретение позволяет получить тепловую и электрическую энергии путем газификации твердого топлива, а также мобильность установки и экологическую безопасность. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для получения электрической и тепловой энергии на стационарных и передвижных установках путем газификации твердого топлива для получения генераторного газа, подаваемого на энергетический блок, вырабатывающий электрическую и тепловую энергию.

Известно устройство для получения электрической энергии из твердого топлива, содержащее бункер загрузки - дозирования сырья, установленный на входе реактора высокоскоростного пиролиза, в котором смонтированы генератор и высокочастотный генератор для возбуждения реактивной плазмы в реакторе, установленный на выходе из реактора приемник твердого остатка. Выход газожидкостного продукта реактора соединен с блоком очистки - циклоном - конденсатором, в котором осуществляется очистка полученного топливного газа от жидкой фракции, поступающей в приемник жидкого топлива, а газовая фракция поступает на газовый двигатель, приводящий в работу электрогенератор, вырабатывающий электрическую энергию. Отработавший газ с газового двигателя поступает в теплообменник - парогенератор для производства водяного пара из воды, поступающей в парогенератор из системы водоснабжения устройства. Водяной пар транспортируется к потребителям тепла и горячей воды. Жидкое топливо может быть использовано для обеспечения работы реактора или снабжения им потребителей (см. патент РФ, №2253070, кл. F23G 5/027, 2005 г.) - наиболее близкий аналог.

В результате анализа известного устройства необходимо отметить, что, как и заявленная установка, оно основано на переработке твердого топлива в газогенераторе с получением генераторного газа, который очищают от жидкой фракции и подают на энергетический блок.

Однако известное устройство не обеспечивает постоянной подачи генераторного газа к энергетической установке, обеспечивающей ее функционирование в постоянном режиме, особенно при резких изменениях потребления электрической энергии. Использование плазменного нагрева с плотностью электрической энергии до 1 кВт·ч на 1 кг перерабатываемого топлива снижает КПД энергетической установки. Система очистки генераторного газа известного устройства не обеспечивает его достаточной степени очистки от примесей, что также снижает КПД энергетической установки и сроки ее эксплуатации.

Кроме того, известное устройство является стационарным и не предполагает его транспортировку к источникам потребления электрической энергии либо к источникам твердого топлива.

Задачей настоящего изобретения является получение электрической и тепловой энергии из генераторного газа высокой степени очистки в энергетическом блоке с расходом, обеспечивающим функционирование в заданных режимах при резком изменении количества потребления вырабатываемой электрической энергии, а также мобильность установки и экологическую безопасность.

Поставленная задача обеспечивается тем, что в установке для получения энергии, содержащей газогенератор с бункерами загрузки топлива и выгрузки твердого остатка, модуль очистки полученного в газогенераторе генераторного газа и энергетический блок, новым является то, что модуль очистки генераторного газа выполнен в виде последовательно установленных и соединенных транспортирующими системами устройства для очистки от твердых загрязнений, теплообменного аппарата для охлаждения генераторного газа и удаления из него влаги и устройства тонкой очистки генераторного газа, выход которого соединен с аккумулятором, выход аккумулятора имеет возможность соединения с энергетическим блоком и с блоком утилизации излишков генераторного газа, причем установка снабжена рекуператором тепла отработавших газов, смесителем и увлажнителем, вход первого контура которого связан с газовым выходом газогенератора, выход первого контура - с устройством очистки топлива от твердых загрязнений, вход рекуператора связан с выходом энергетического блока, а выход - с первым входом смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго контура увлажнителя, а выход смесителя соединен с входом газогенератора, причем установка может быть смонтирована на транспортном средстве или прицепе, имеющем возможность соединения с транспортным средством.

При проведении патентных исследований из уровня техники не выявлены решения, идентичные заявленному, а следовательно, заявленное изобретение соответствует условию охраноспособности «новизна».

Сущность заявленного изобретения не следует явным образом из решений, известных из уровня техники, а следовательно, заявленное изобретение соответствует условию охраноспособности «изобретательский уровень».

Сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления изобретения.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема установки для получения энергии.

На схеме применены следующие обозначения стрелками:

сплошная стрелка: направление движения подаваемого топлива, генераторного газа, отходящих газов и остатков;

штриховая стрелка - подача газифицирующего агента;

контурная стрелка с прямой задней частью - подача воздуха и воды;

контурная стрелка с углубленной задней частью - отвод тепла.

Установка для получения энергии содержит газогенератор 1 с бункерами 2 загрузки топлива и выгрузки твердого остатка (золы) 3.

Газовый выход газогенератора 1 связан с входом первого контура увлажнителя 4, выход которого связан с блоком 5 очистки генераторного газа от твердых частиц. Выход блока 5 связан с теплообменным аппаратом 6, а теплообменный аппарат - с блоком 7 тонкой очистки генераторного газа, который связан с аккумулятором 8 для накопления генераторного газа и поддержания его избыточного давления на определенном значении.

Выход аккумулятора 8 имеет возможность связи с блоком 9 утилизации излишков генераторного газа и энергетическим блоком 10, состоящим, например, из газопоршневого двигателя внутреннего сгорания, соединенного с валом генератора электрического тока. Выход камеры сгорания газопоршневого двигателя связан с рекуператором 11 тепла отработавших газов. Выход рекуператора 11 соединен с первым входом смесителя 12, второй вход которого соединен с выходом второго контура увлажнителя 4. Выход смесителя 12 соединен с входом газогенератора 1.

Выполнение блоков, модулей и агрегатов установки является известным, оно не составляет предмета патентной охраны и поэтому в материалах заявки не раскрыто.

Под связями (соединениями) в данной заявке понимаются транспортирующие средства, а именно - транспортеры для твердого материала, водо-газо-паропроводы для жидких и газообразных компонентов и их смесей.

Транспортировка воздуха, паровоздушной смеси и генераторного газа осуществляется посредством вентилятора (не показан), смонтированного перед увлажнителем 4. Подача воды в увлажнитель 4 может осуществляться, например, распылением через форсунки, распылителем, для которых служит подогретый за счет тепла генераторного газа воздух.

Установка может иметь стационарное исполнение или мобильное. Во втором случае все узлы и агрегаты устройства, указанные выше, монтируют на раме транспортного средства либо на прицепе, который может быть соединен с транспортным средством.

Блоки 5, 6, 7 образуют модуль очистки генераторного газа от примесей.

Установка для получения энергии работает следующим образом.

Работу установки рассмотрим на примере получения электрической и тепловой энергии.

Топливо (для работы газогенератора обычно используют твердое кусковое топливо) загружают в бункер 2, затем топливо поступает в газогенератор 1 на газификацию. В качестве топлива может быть использован уголь, брикетированный торф, древесина и пр.

В качестве бункеров загрузки 2 и выгрузки 3 наиболее целесообразно использовать шлюзовые дозирующие устройства, конструкция которых известна.

Шлюзовые загрузочно-разгрузочные дозирующие устройства обеспечивают загрузку твердого топлива в газогенератор и удаление твердого остатка (золы) без разгерметизации его рабочей зоны, обеспечивая постоянные параметры газификации и экологическую безопасность.

Конструкции газогенераторов, которые могут быть использованы в устройстве, широко известны.

Полученный в результате газификации твердого топлива генераторный газ через газовый отвод газогенератора 1 поступает в первый контур увлажнителя 4, представляющий теплообменный аппарат, где генераторный газ отдает часть своей тепловой энергии, которая используется для получения паровоздушной смеси необходимой температуры.

Из выхода первого контура увлажнителя 4 генераторный газ подается в устройство 5 очистки (например, инерционный очиститель), где он освобождается от значительной части твердых частиц (загрязнений) и поступает в теплообменный аппарат 6, где охлаждается до заданной температуры и очищается от парообразных составляющих и аэрозолей, которые при охлаждении смеси выпадают в конденсат. Конденсат удаляют из теплообменного аппарата известным образом, например сливают в отстойник (не показан). В качестве теплообменного аппарата может быть использован, например, аппарат рекуперативного типа.

Из теплообменного аппарата 6 генераторный газ подается в устройство 7 тонкой очистки (например, систему фильтров), где очищается до требуемой чистоты и подается в аккумулятор 8, в котором он накапливается и находится под избыточным давлением пневмоаккумулятора.

Из аккумулятора 8 генераторный газ поступает на энергетический блок 10, двигатель которого работает на газовоздушной смеси, состоящей из генераторного газа и воздуха, и приводит во вращение вал генератора электрического тока, который и вырабатывает электрический ток.

Учитывая, что для обеспечения устойчивой работы энергетического блока количество вырабатываемого в газогенераторе 1 генераторного газа и накапливаемого в аккумуляторе 8 всегда должно быть несколько больше потребности двигателя энергетического блока (что необходимо для устойчивой работы энергетического блока при резком изменении нагрузки в потреблении электрической энергии), то излишек генераторного газа направляется в блок 9 для его утилизации, который выполнен известным образом, например в виде непосредственно теплообменного аппарата (газогорелочного водонагревателя, парогенератора или теплогенератора) либо аналогичного теплообменного аппарата с дополнительным резервированием генераторного газа в газгольдере (не показан), где осуществляется получение тепловой энергии. В этом же теплообменном аппарате происходит сжигание излишков генераторного газа при неработающем энергетическом блоке. В свою очередь для питания энергетического блока при временно неработающем газогенераторе может использоваться генераторный газ, накопленный в газгольдере.

Отработавшие газы (или часть их), образующиеся в результате сжигания газовоздушной смеси в энергетическом блоке 10, направляются в рекуператор 11, где охлаждаются и подаются на второй вход смесителя 12, на первый вход которого подается с выхода второго контура увлажнителя паровоздушная смесь. В смесителе 12 отработавшие газы смешиваются с паровоздушной смесью и направляются в газогенератор 1 в качестве газифицирующего агента.

В качестве смесителя может быть использован, например, инжекционный смеситель.

Установка может быть использована как самостоятельный источник электрической и тепловой энергии, может быть включена в состав электрических и тепловых сетей, использоваться в качестве альтернативного источника электрической и тепловой энергии.

В зависимости от требуемой степени автоматизации и автономности работы, установка может быть оснащена блоком автоматического управления и автономным источником электрического тока для своего запуска.

Заявляемая установка обеспечивает подачу на энергетический блок газовоздушной смеси высокой степени очистки, устойчивую работу при запуске и изменении режима нагрузок и экологическую безопасность.

Работа установки в стационарном и мобильном исполнении одинакова.

1. Установка для получения энергии, содержащая газогенератор с бункерами загрузки топлива и выгрузки твердого остатка, модуль очистки полученного в газогенераторе генераторного газа и энергетический блок, отличающаяся тем, что модуль очистки генераторного газа выполнен в виде последовательно установленных и соединенных транспортирующими системами устройства для очистки от твердых загрязнений, теплообменного аппарата для охлаждения генераторного газа и удаления из него влаги и устройства тонкой очистки генераторного газа, выход которого соединен с аккумулятором, выход аккумулятора имеет возможность соединения с энергетическим блоком и с блоком утилизации излишков генераторного газа, причем установка снабжена рекуператором тепла отработавших газов, смесителем и увлажнителем, вход первого контура которого связан с газовым выходом газогенератора, выход первого контура - с устройством очистки топлива от твердых загрязнений, вход рекуператора связан с выходом энергетического блока, а выход - с первым входом смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго контура увлажнителя, а выход смесителя соединен с входом газогенератора.

2. Установка для получения энергии по п.1, отличающаяся тем, что она смонтирована на транспортном средстве или прицепе, имеющем возможность соединения с транспортным средством.