Газификатор твердого топлива
Владельцы патента RU 2655319:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вятский государственный университет" (RU)
Настоящее изобретение относится к системе коммунального хозяйства и малой энергетике, может быть применено для уничтожения твердых бытовых отходов (ТБО) и получения чистого горючего газа за счет применения газификатора. Технический результат изобретения заключается в получении чистого горючего газа, содержащего метан, этан, водород, азот и сложные CnHn с более высокой теплотворной способностью; в исключении необходимости термической обработки отходов и пакетирования; в осуществлении единовременного отбора газа и применении упрощенной схемы очистки газа. Заявленный результат обеспечивается конструктивным исполнением газификатора твердого топлива, который включает в себя горизонтально установленную термическую печь со встроенным пластинчатым питателем с пластинами из серого чугуна со множеством отверстий для кипящего слоя топлива, герметичным бункером для сбора золы и отходов переработки, в передней части снабжен газовой горелкой двойной крышкой с горизонтальной перегородкой для теплообменника, расположенного вокруг стенки газификатора, при этом газификатор и теплообменник выполнены в форме конуса с отбойным листом, а чугунная пластина питателя, имеющая отверстия для кипящего слоя, постоянно обдувается первичным воздухом через герметичный короб, дроссельную заслонку и вентилятор, обеспечивая таким образом температурный режим на пластине питателя, не превышающий 460°С. 1 ил.
Настоящее изобретение относится к системе коммунального хозяйства и малой энергетике, может быть применено для уничтожения твердых бытовых отходов (ТБО) и получения чистого горючего газа за счет применения газификатора.
Из существующего уровня техники известны разработки ООО «НЭТ», г. Рязань [http://нэт62.рф/photo_gallery/nashi-raboty], в которых применяется очень сложная трехзонная технология отбора синтез-газа, сопровождаемая высокой температурой разложения ТБО, вследствие чего в газе получается много паров металлического характера: ртуть, сера, мышьяк, селен, кадмий, натрий, цинк, теллур, калий, магний, гелий, кальций, сурьма, свинец, барий, марганец, кремний, медь, олово, хром и др.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является газификатор ТБО [патент РФ RU 2545199, заявка №2014102713/03, 29.01.2014 ГАЗИФИКАТОР ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ И ТВЕРДОГО ТОПЛИВА. МПК F23G 5/027, опубл. 27.03.2015 в бюлл. №9] с подачей газофицирующего агента через кольцевые зазоры между вращающимися секциями. Недостатком данного технического решения является необходимость вращения секции газификатора для улучшения теплообмена и газопроницаемости между частицами топлива, что усложняет конструкцию и не исключает испарения легкоплавких металлов.
Результатами, на получение которых направлено предлагаемое техническое решение, являются получение в результате работы газификатора не синтез-газа, а чистого горючего газа, содержащего метан, этан, водород, азот и сложные CnHn с более высокой теплотворной способностью; исключение необходимости термической обработки отходов и пакетирования; осуществление вместо трехзонного отбора газов единовременный отбор газа; применение упрощенной схемы очистки газа.
Заявленный результат обеспечивается конструктивным исполнением газификатора твердого топлива, который включает в себя горизонтально установленную термическую печь со встроенным пластинчатым питателем с пластинами из серого чугуна со множеством отверстий для кипящего слоя топлива, герметичным бункером для сбора золы и отходов переработки, в передней части снабжен газовой горелкой с двойной крышкой с горизонтальной перегородкой для теплообменника, расположенного вокруг стенки газификатора, при этом газификатор и теплообменник выполнены в форме конуса с отбойным листом, а чугунная пластина питателя, имеющая отверстия для кипящего слоя, постоянно обдувается первичным воздухом через герметичный короб, дроссельную заслонку и вентилятор, обеспечивая таким образом температурный режим на пластине питателя, не превышающий 460°С.
Газификатор работает следующим образом.
На площадке сортировки перед бункером 27 из состава отходов убираются:
1) металл металлоулавливателем на валу подающего транспортера;
2) стеклянные изделия;
3) кирпич, бетон;
4) видео и радиотехника, предназначенные для утилизации;
5) крупные предметы из древесины, которые предварительно распиливают, а затем подаются на измельчитель.
Из бункера 27 отобранные отходы поступают сушилку в виброкипящем слое 28. Высушенный материал идет в дробилку-измельчитель 29, и готовое топливо размером 1÷3 мм ссыпается в бункер готового топлива 1. Винтовым конвейером со шлюзовым затвором 23 топливо подается на пластинчатый питатель 18, снабженный приводом 22, герметичным коробом 21, вентилятором 20, дроссельной заслонкой 19, через которые подается первичный воздух через отверстия чугунных пластин 25. Воздух, проходя эти отверстия, на пластинах создает кипящий слой топлива со скоростью, достаточной поднять частицу с удельным весом до 2 г/см2. Средняя температура пластины будет иметь температуру 450÷460°С. Следовательно, могут испариться материалы, имеющие точку кипения до 460°С и удельный вес менее 2 г/см2.
Газификатор 7, расположенный горизонтально, имеет форму равнобокого усеченного конуса с верхней оболочкой теплообменника 5 с направляющими перегородками 6 в потоке горючего газа.
Пластинчатый питатель 18 встроен в рассечку теплообменника 5 и на конце имеет герметичный бункер 16 с ножом 24 для срезания прилипших частиц. Бункер снабжен шнековым конвейером 17 для выгрузки золы и остатков.
В передней части газификатора 7 на общей трубной доске 9 установлены разъемная крышка 10 с горизонтальной перегородкой для теплообменника 5 с патрубками 11, 15 для греющей смеси. По центру трубной доски 9 установлена газовая горелка 12 с дроссельной заслонкой 13 и вентилятором 14. Для измерения и регулирования температуры факела газовой горелки в пределах 1400÷1500°С предусмотрен термодатчик 26.
На теплообменнике 5 в верхней части у основания конуса имеется отверстие 8 для входа горючего газа в межтрубное пространство.
На выходе горючих газов из межтрубного пространства установлен патрубок 3 для выхода горючего газа в воздухоподогреватель 31, соединенный с воздуховодом горячего воздуха 30. Проходя воздухоподогреватель из горючих газов, конденсируется ртуть, которая скатывается в конус воздухоподогревателя. Горючие газы, проходя через холодильник-конденсатор 32 с дроссельным клапаном 33, конденсируют пары воды, и все химические соединения в виде растворов или осадков выпадут вместе с конденсатом в резервуар холодильника-конденсатора 32.
Со стороны бункера 1 на единой трубной доске установлена неразъемная крышка 2 теплообменника 5.
К корпусу газификатора 7 в задней части приварен тепловой отражатель 4.
Применяя пластинчатый питатель с отверстиями в пластинах для кипящего слоя, кроме генераторных газов в парообразном виде образуются бензол, толуол, этилбензол, ксилол, нафталин, которые при высоких температурах газового факела перейдут в более низкие горючие радикалы в виде газа. Кроме них, имея низкую точку кипения, перейдут в пары: бром, фтор, йод, калий, натрий, фосфор, сера, хлор, ртуть.
Калий, натрий хорошо реагируют с бромом и йодом. Бром и йод будут замещены хлором, в результате чего в конечном итоге получаются соли NaCl, KCl, PCl3 и SF6, которые растворимы в воде. Бром и йод - жидкости.
В результате при температуре воздухоподогревателя 31 от 400 до 150°С ртуть выпадет в осадок в конус воздухоподогревателя 31, а при температуре от 150 до 50°С в холодильнике-конденсаторе 32 все образовавшиеся соединения в растворенном виде или осадке перейдут в конденсат холодильника, не образуя металлических или других газовых соединений в горячем газе.
Смола и уксус при температуре факела 1200°С разложатся на угарный газ и воду. Проходя температуру факела 1400°С ÷ 1500°С синтез-газ преобразуется в горючий газ и после холодильника-конденсатора 32 получается горючий чистый газ, содержащий метан, этан, водород, сложные радикалы и азот с теплотворной способностью в 1,75÷2 раза выше, чем синтез-газ.
Таким образом, преимущества, обеспечиваемые предлагаемой конструкцией газификатора, заключаются в следующем.
1) Исключается необходимость термической обработки отходов и пакетирования.
2) Вместо двух- и трехзонного отбора газов осуществляется единовременный отбор газа.
3) Упрощенная схема очистки газа.
4) В результате работы газификатора получается не синтез-газ, а чистый горючий газ, содержащий метан, этан, водород, азот и сложные CnHn с более высокой теплотворной способностью.
Газификатор твердого топлива включает в себя горизонтально установленную термическую печь со встроенным пластинчатым питателем с пластинами из серого чугуна со множеством отверстий для кипящего слоя топлива, герметичным бункером для сбора золы и отходов переработки, в передней части снабжен газовой горелкой с двойной крышкой с горизонтальной перегородкой для теплообменника, расположенного вокруг стенки газификатора, при этом газификатор и теплообменник выполнены в форме конуса с отбойным листом, отличающийся тем, что чугунная пластина питателя, имеющая отверстия для кипящего слоя, постоянно обдувается первичным воздухом через герметичный короб, дроссельную заслонку и вентилятор, обеспечивая таким образом температурный режим, не превышающий 460°С.
