Способ газификации топлива для питания двигателя внутреннего сгорания и установка для его осуществления
Группа изобретений относится к области энергетики, а именно к системам комбинирования двигателей, работающих на нежидком топливе, с устройствами для генерирования газообразного топлива из твердого углеродсодержащего, в частности торфа, влажной древесины или ее отходов. Технический результат заключается в обеспечении непрерывности процесса и работы установки и расширении их функциональных возможностей при одновременном полном использовании теплоты отработавших газов ДВС, что приводит к повышению теплотворной способности генераторного газа и производительности установки. Для достижения технического результата установка газификации топлива для питания двигателя внутреннего сгорания, содержащая двигатель внутреннего сгорания с трубопроводами питания и отвода отработавших газов, газификатор с патрубком и трубопроводом отвода генераторного газа, испаритель, устройство очистки-охлаждения генераторного газа, установленное на трубопроводе генераторного газа и соединенное трубопроводом очищенного и охлажденного генераторного газа с накопительной емкостью, соединенной с трубопроводом питания двигателя внутреннего сгорания, снабжена газодувкой, вентилятором и смесителем газов, газификатор выполнен в виде вертикального аппарата обращенного процесса газификации и снабжен в верхней части камерой предварительной подсушки топлива, подаваемого на газификацию, а в нижней части люком для удаления твердого остатка, патрубком и трубопроводом отвода генераторного газа и патрубками подачи подогретого воздуха и пара, газодувка установлена на трубопроводе отвода генераторного газа перед устройством очистки-охлаждения, вентилятор соединен с устройством очистки-охлаждения и патрубком подачи подогретого воздуха в газификатор, трубопровод очищенного и охлажденного генераторного газа снабжен отводом, соединенным с испарителем, в качестве которого используют парогенератор с паровым патрубком, соединенным с патрубком подачи пара газогенератора, и патрубком отвода продуктов сжигания генераторного газа, соединенным со смесителем газов, который также соединен с трубопроводом отвода отработавших газов двигателя внутреннего сгорания и патрубком подачи газового теплоносителя камеры предварительной подсушки топлива. Способ реализован на установке. 2 н. и 2 з.п ф-лы, 1 ил.
Группа изобретений относится к области энергетики, а именно к системам комбинирования двигателей, работающих на нежидком топливе, с устройствами для генерирования газообразного топлива из твердого углеродсодержащего, и может быть использована в установках для получения низкокалорийного газа из торфа, влажной древесины или ее отходов.
Известен способ получения генераторного газа для питания двигателя внутреннего сгорания (ДВС), включающий подачу всего потока выпускных (отработавших) газов двигателя в загруженную углеводородсодержащим топливом реакционную камеру и отвод из нее генераторного газа, который делят на два потока, один из которых после предварительной очистки направляют в ДВС, а другой - сжимают в компрессоре до давления транспортирования и направляют к дополнительным потребителям, в частности, для получения электроэнергии и холода (Патент РФ №2099553, F04B 43/08, 1997 г.).
Известна газогенераторная установка, содержащая ДВС, в котором линия выпуска отработавших газов подключена ко входу заполненной углеродсодержащим топливом реакционной камеры, а линия питания подведена через очиститель-охладитель к выходу реакционной камеры непосредственно, а от линии питания отведен транспортный трубопровод для транспортирования генераторного газа к дополнительным потребителям с возможностью размещения на транспортном трубопроводе, в частности, компрессора, турбодетандера, связанного с электрогенератором, подогревателя и регенеративного теплообменника (Патент РФ №2099553, F04B 43/08, 1997 г.).
Недостатками известных технических решений являются ограниченные функциональные возможности из-за отсутствия отвода влаги из реакционной камеры, что исключает возможность работы на влажном исходном сырье; а также периодичность процесса из-за необходимости остановки работы установки на время загрузки реакционной камеры.
Известен способ газификации топлива для питания двигателя внутреннего сгорания и установка, на которой реализован способ (Авторское свидетельство СССР №1325173, F04B 43/08, 1987).
Способ газификации топлива для питания двигателя внутреннего сгорания включает заполнение емкости (реакционной камеры) твердым углеродсодержащим топливом, нагрев ее теплотой отработавших газов ДВС до испарения воды, подачу образовавшегося пара, а также части отработавших газов ДВС в емкость, в которой в процессе взаимодействия компонентов создают разрежение, и отвод из емкости в ДВС газа, полученного в результате взаимодействия компонентов в емкости, через промежуточную накопительную емкость.
Установка для осуществления данного способа содержит двигатель внутреннего сгорания, выпускной трубопровод отвода отработавших газов которого помещен в емкость газификации с твердым топливом (газификатор), имеющую выход отработавших газов в атмосферу и снабженную калиброванными отверстиями для подачи оставшейся части этих газов в емкость газификации с твердым углеродсодержащим топливом и магистралью подачи газа из емкости газификации, при этом на выходе отработавших газов установлен испаритель, соединенный через трубопровод с водяным баком, а на магистрали подачи газа из емкости газификации последовательно установлены золоуловитель, вакуумный насос и промежуточная накопительная емкость с патрубком с расходным краном подачи газа в ДВС.
Недостатками известного способа и установки, на которой он реализован, являются ограниченные функциональные возможности из-за отсутствия отвода влаги из реакционной камеры-газификатора, что исключает возможность работы на влажном исходном сырье; периодичность процесса из-за необходимости остановки работы установки на время загрузки газификатора, а также неполное использование теплоты отработавших в ДВС газов, поскольку часть из них выходит свободно в атмосферу.
Технический результат от использования группы предложенных технических решений заключается в расширении функциональных возможностей, т.к. для газификации может быть использовано влажное твердое углеродсодержащее топливо с отводом из него влаги до процесса газификации при одновременном полном использовании теплоты отработавших газов ДВС, что приводит к повышению теплотворной способности генераторного газа и производительности установки, а также в обеспечении непрерывности процесса и работы установки.
Технический результат в части способа газификации топлива для питания двигателя внутреннего сгорания достигается за счет того, что исходное топливо подсушивают и подвергают процессу обращенной газификации, полученный генераторный газ очищают и охлаждают атмосферным воздухом и делят на два потока, один из которых через накопительную емкость подают в двигатель внутреннего сгорания, а другой направляют на сжигание в парогенератор для получения водяного пара, который подают на газификацию, атмосферный воздух, нагретый в процессе очистки и охлаждения генераторного газа, также подают на газификацию, а образовавшиеся продукты сжигания генераторного газа в парогенераторе смешивают с отработавшими газами двигателя внутреннего сгорания и подают для подсушивания исходного топлива.
А также за счет того, что исходное топливо подсушивают путем непосредственного контакта со смесью продуктов сжигания генераторного газа в парогенераторе с отработавшими газами ДВС при одновременном ворошении.
Указанный технический результат в части установки газификации топлива для питания двигателя внутреннего сгорания достигается за счет того, что установка, содержащая двигатель внутреннего сгорания с трубопроводами питания и отвода отработавших газов, газификатор с патрубком и трубопроводом отвода генераторного газа, испаритель с узлом подачи воды, устройство очистки-охлаждения генераторного газа, установленное на трубопроводе генераторного газа и соединенное трубопроводом очищенного и охлажденного генераторного газа с накопительной емкостью, соединенной с трубопроводом питания двигателя внутреннего сгорания, снабжена газодувкой, вентилятором и смесителем газов, газификатор выполнен в виде вертикального аппарата обращенного процесса газификации и снабжен в верхней части камерой предварительной подсушки топлива, подаваемого на газификацию, содержащей загрузочный бункер, расположенный соосно внутри нее ленточный ворошитель с приводом, а также патрубки подачи и отвода газового теплоносителя, а в нижней части люком для удаления твердого остатка и патрубками подачи подогретого воздуха и пара, при этом патрубок отвода генераторного газа расположен также в нижней части газогенератора, газодувка установлена на трубопроводе отвода генераторного газа перед устройством очистки-охлаждения, вентилятор соединен с устройством очистки-охлаждения и патрубком подачи подогретого воздуха в газификатор, трубопровод очищенного и охлажденного генераторного газа снабжен отводом, соединенным с испарителем, в качестве которого используют парогенератор с паровым патрубком, соединенным с патрубком подачи пара газогенератора, и патрубком отвода продуктов сжигания генераторного газа, соединенным со смесителем газов, который также соединен с трубопроводом отвода отработавших газов двигателя внутреннего сгорания и патрубком подачи газового теплоносителя камеры предварительной подсушки топлива.
А также за счет того, что парогенератор выполнен в виде кожухотрубного теплообменника с газовой горелкой, соединенной с отводом трубопровода очищенного и охлажденного генераторного газа.
На чертеже изображена схема установки, на которой реализован заявленный способ.
Установка содержит двигатель внутреннего сгорания (на чертеже не показан) с трубопроводами питания 1 и отвода отработавших газов 2 и газификатор 3 с расположенным в его нижней части патрубком 4 с трубопроводом 5 отвода генераторного газа, на котором установлена газодувка 6, соединенная с устройством очистки-охлаждения генераторного газа 7 и через трубопровод очищенного и охлажденного генераторного газа 8 с накопительной емкостью 9, которая соединена с трубопроводом питания 1 ДВС. Газификатор 3 выполнен в виде вертикального аппарата обращенного процесса газификации и снабжен в верхней части камерой предварительной подсушки 10 исходного твердого углеродсодержащего топлива, подаваемого на газификацию, в частности древесины, ее отходов, торфа и пр. Камера 10 содержит загрузочный бункер 11, расположенный соосно внутри нее ленточный ворошитель 12 с приводом 13, расположенным на крышке камеры 10, а также патрубки подачи 14 и отвода 15 газового теплоносителя. В нижней части газификатора 3 расположены люк 16 для удаления твердого остатка процесса газификации (золы), а также патрубки подачи подогретого воздуха 17 и пара 18. Трубопровод очищенного и охлажденного генераторного газа 8 снабжен отводом 19, соединенным с испарителем 20. В качестве испарителя 20 используют парогенератор в виде кожухотрубного теплообменника с газовой горелкой 21, соединенной с отводом 19 трубопровода очищенного и охлажденного генераторного газа 8, паровым патрубком 22, соединенным с патрубком подачи пара 18 газогенератора 3, и патрубком отвода продуктов сжигания генераторного газа 23, соединенным со смесителем газов 24, который также соединен с трубопроводом отвода отработавших газов ДВС 2 и патрубком подачи газового теплоносителя 14 камеры предварительной подсушки топлива 10. Устройство очистки-охлаждения генераторного газа 7 через вентилятор 25, служащий для нагнетания атмосферного воздуха, подогретого в устройстве 7, соединено с патрубком подачи подогретого воздуха 17 газификатора 3.
Установка работает, а способ реализован следующим образом.
Исходное твердое углеродсодержащее топливо, например древесину, ее отходы, торф и пр., через бункер 11 непрерывно подают в камеру предварительной подсушки 10, в которую через патрубок подачи газового теплоносителя 14 из смесителя газов 24 подают смесь продуктов сжигания генераторного газа в газовой горелке 21 парогенератора 20 и горячих отработавших газов ДВС. Предпочтительно, что исходное топливо в камере 10 подсушивают путем непосредственного контакта со смесью продуктов сжигания генераторного газа в парогенераторе 20 с отработавшими газами ДВС при одновременном ворошении, которое осуществляют ленточным ворошителем 12. Ленточный ворошитель 12, приводимый в движение приводом 13, расположенным на крышке камеры 10, не только ворошит (перемешивает) исходное топливо, но и перемещает его сверху вниз, способствуя непрерывному продвижению подсушенного исходного топлива самотеком из камеры 10 без задержки и зависания в газификатор 3. Влагу, испарившуюся из исходного топлива, выводят вместе с охлажденным газовым теплоносителем через патрубок отвода газового теплоносителя 15 камеры 10 в атмосферу.
В газификаторе 3 подсушенное исходное топливо подвергают пиролизной переработке в режиме обращенного процесса газификации, для чего в газификатор 3 через патрубок подачи подогретого воздуха 17 вентилятором 25 нагнетают атмосферный воздух, подогретый в устройстве очистки-охлаждения генераторного газа 7, улучшая и ускоряя благодаря своему нагретому состоянию процесс газификации топлива, а через патрубок подачи пара 18 подают водяной пар из парового патрубка 22 парогенератора 20.
Генераторный газ из газификатора 3 через патрубок отвода генераторного газа 4 по трубопроводу отвода генераторного газа 5 газодувкой 6 направляют в устройство 7 для его очистки и охлаждения, затем по трубопроводу очищенного и охлажденного генераторного газа 8 очищенный и охлажденный генераторный газ подают в накопительную емкость 9, откуда по трубопроводу питания 1 он поступает в двигатель внутреннего сгорания, а по отводу 19 трубопровода очищенного и охлажденного генераторного газа 8 - в горелку 21 парогенератора 20, где его сжигают для образования водяного пара, который выводят через паровой патрубок 22 парогенератора 20 и направляют в газификатор 3, а продукты сжигания генераторного газа отводят из парогенератора 20 через патрубок 23 и направляют в смеситель 24, в котором их смешивают с отработавшими в ДВС газами, подаваемыми в смеситель 24 по трубопроводу отвода отработавших газов 2. Горячую смесь газов из смесителя 24 через патрубок 14 подают в камеру 10 предварительной подсушки исходного топлива. Твердый остаток переработки подсушенного топлива выводят из газификатора 3 через люк 16.
В период запуска установки в работу весь генераторный газ, полученный в газификаторе 3, может быть сожжен в парогенераторе 20 с образованием избыточного водяного пара, который может быть использован для различных хозяйственных нужд.
Таким образом, предложенные способ газификации и установка, на которой он реализован, позволяют решить поставленные задачи:
во-первых, обеспечить непрерывность процесса газификации, так как исходное топливо непрерывно поступает из бункера 11 в камеру 10 предварительной его подсушки, в которой его слой не позволяет генераторному газу выйти из газификатора 3 в окружающую среду;
во-вторых, расширить функциональные возможности способа и установки, т.к. для газификации может быть использовано влажное твердое углеродсодержащее топливо с отводом из него влаги до процесса газификации при одновременном полном использовании теплоты отработавших газов ДВС и продуктов сжигания части генераторного газа в парогенераторе 20 для предварительной подсушки исходного топлива, подогрева атмосферного воздуха в устройстве 7 для очистки и охлаждения генераторного газа, а также для получения водяного пара для газификатора 3, что приводит к увеличению производительности процесса и получению генераторного газа с большей теплотворной способностью.
1. Способ газификации топлива для питания двигателя внутреннего сгорания, характеризующийся тем, что исходное топливо подсушивают и подвергают процессу обращенной газификации, полученный генераторный газ очищают и охлаждают атмосферным воздухом и делят на два потока, один из которых подают через накопительную емкость в двигатель внутреннего сгорания, а другой направляют на сжигание в парогенератор для получения водяного пара, который подают на газификацию, атмосферный воздух, нагретый в процессе очистки и охлаждения генераторного газа, также подают на газификацию, а образовавшиеся продукты сжигания генераторного газа в парогенераторе смешивают с отработавшими газами двигателя внутреннего сгорания и подают для подсушивания исходного топлива.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходное топливо подсушивают путем непосредственного контакта со смесью продуктов сжигания генераторного газа в парогенераторе с отработавшими газами двигателя внутреннего сгорания при одновременном ворошении.
3. Установка газификации топлива для питания двигателя внутреннего сгорания, содержащая двигатель внутреннего сгорания с трубопроводами питания и отвода отработавших газов, газификатор с патрубком и трубопроводом отвода генераторного газа, испаритель с узлом подачи воды, устройство очистки-охлаждения генераторного газа, установленное на трубопроводе генераторного газа и соединенное трубопроводом очищенного и охлажденного генераторного газа с накопительной емкостью, соединенной с трубопроводом питания двигателя внутреннего сгорания, отличающаяся тем, что установка снабжена газодувкой, вентилятором и смесителем газов, газификатор выполнен в виде вертикального аппарата обращенного процесса газификации и снабжен в верхней части камерой предварительной подсушки топлива, подаваемого на газификацию, содержащей загрузочный бункер, расположенный соосно внутри нее ленточный ворошитель с приводом, а также патрубки подачи и отвода газового теплоносителя, а в нижней части люком для удаления твердого остатка и патрубками подачи подогретого воздуха и пара, при этом патрубок отвода генераторного газа расположен также в нижней части газогенератора, газодувка установлена на трубопроводе отвода генераторного газа перед устройством очистки-охлаждения, вентилятор соединен с устройством очистки-охлаждения и патрубком подачи подогретого воздуха в газификатор, трубопровод очищенного и охлажденного генераторного газа снабжен отводом, соединенным с испарителем, в качестве которого используют парогенератор с паровым патрубком, соединенным с патрубком подачи пара газогенератора, и патрубком отвода продуктов сжигания генераторного газа, соединенным со смесителем газов, который также соединен с трубопроводом отвода отработавших газов двигателя внутреннего сгорания и патрубком подачи газового теплоносителя камеры предварительной подсушки топлива.
4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что парогенератор выполнен в виде кожухотрубного теплообменника с газовой горелкой, соединенной с отводом трубопровода очищенного и охлажденного генераторного газа.
