Газогенераторная установка

Изобретение относится к топливной энергетике, а именно к газогенераторным установкам, в основном, использующим отходы сельскохозяйственного производства и лесопереработки. Изобретение преимущественно может быть использовано для питания двигателей внутреннего сгорания (ДВС), а также для газификации и теплоснабжения в промышленности, сельском хозяйстве, для автономных поселений и т.д. Газогенераторная установка содержит неподвижное основание с установленной на нем рамой газогенератора с опорами для крепления, при этом рама газогенератора установлена на неподвижное основание с возможностью наклона в вертикальной плоскости на угол α, который лежит в интервале от 0 до 90°, корпуса газогенератора с камерой газификации, индивидуальных воздухоподводящих каналов в виде трубок с дутьевыми фурмами на одном конце и электромагнитными клапанами на другом, при этом корпус газогенератора установлен с возможностью вращения на опорах рамы вокруг вертикальной оси с угловой частотой ω от 10 до 1000 ч^-1. Внутри камеры газификации расположены ребра по внутренней винтовой линии под углом β относительно продольной оси камеры газификации, нижний конец камеры газификации выполнен в виде полусферы, содержащей несколько плоскостей дутьевых фурм, расположенных со смещением друг относительно друга по плоскостям, а в промежутках между дутьевыми фурмами расположены отверстия, выполняющие функции колосниковой решетки. Технический результат - возможность организовывать в камере газификации газогенератора различные способы протекания реакций по газификации твердого топлива (поверхностное, слоевое, в псевдокипящем слое и т.д.), устранение эффекта образования сводов и неравномерной подачи твердого топлива в реакционную зону газогенератора, оптимизация режима золоудаления из реакционной зоны газогенератора при изменении угла наклона корпуса газогенератора в вертикальной плоскости. 4 ил.

 

Изобретение относится к топливной энергетике, а именно к газогенераторным установкам, в основном, использующим отходы сельскохозяйственного производства и лесопереработки. Изобретение преимущественно может быть использовано для питания двигателей внутреннего сгорания (ДВС), а также для газификации и теплоснабжения в промышленности, сельском хозяйстве, для автономных поселений и т.д.

Известна конструкция генератора, содержащего вертикально расположенную цилиндрическую камеру газификации, индивидуальные воздухоподводящие каналы в виде трубок с фурмами на конце, расположенных в разных плоскостях, со смещением по объему камеры газификации, изготовленной; виде усеченного тела вращения (RU 2575536, опубл. 20.02.2016).

Недостатками известной конструкции являются:

- невозможность организовывать в камере газификации газогенератора различные способы протекания реакций по газификации твердого топлива (поверхностное, слоевое, в псевдокипящем слое и т.д.).

- высокая вероятность образования сводов и неравномерной подачи твердого топлива в реакционную зону газогенератора при зависании и резком обрушении топлива, а, значит, непостоянство физико-химических показателей производимого генераторного газа.

Наиболее близким прототипом к предлагаемой газогенераторной установке, является газогенераторная установка, содержащая неподвижное основание, установленную на нем раму газогенератора с опорами для крепления корпуса газогенератора, рама газогенератора установлена на неподвижное основание с возможностью наклона в вертикальной плоскости на угол α, который лежит в интервале от 0 до 90°, а корпус газогенератора установлен с возможностью вращения на опорах рамы вокруг вертикальной оси с угловой частотой ω от 10 до 1000 ч^-1 (RU 2696463, опубл. 01.08.2019).

Недостатками данной газогенераторной установки являются:

- отсутствие системы управления подачей окислителя в реакционную зону не позволяет полноценно организовывать в камере газификации газогенератора различные способы протекания реакций по газификации твердого топлива (поверхностное, слоевое, в псевдокипящем слое и т.д.).

- отсутствие элементов для разрыхления (или уплотнения) твердого топлива в камере газификации приводит к неравномерной подаче твердого топлива в реакционную зону газогенератора при зависании и резком обрушении топлива, что в свою очередь вызывает нарушение процесса газификации и приводит к непостоянству физико-химических показателей производимого генераторного газа.

Техническим результатом изобретения является возможность организовывать в камере газификации газогенератора различные способы протекания реакций по газификации твердого топлива (поверхностное, слоевое, в псевдокипящем слое и т.д.). Что обеспечивается комплексным взаимодействием таких параметров, как: угол наклона корпуса газогенератора в вертикальной плоскости, частота вращения корпуса газогенератора вокруг вертикальной оси, количество и пространственное расположение функционирующих дутьевых фурм, а также режима их работы (статический, динамический синхронный, динамический асинхронный) (Плотникова, Ю.А. Оптимизация конструктивно-технологических параметров газогенераторной установки для совместной работы с ДВС электростанции / Ю.А. Плотникова, А.В. Палицын, А.Н. Коротков // Аграрный научный журнал. - 2019. - №7. - С - 88-94). Устранение эффекта образования сводов и неравномерной подачи твердого топлива в реакционную зону газогенератора, что обеспечивается установкой ребер, по внутренней винтовой линии под углом β относительно продольной оси камеры газификации и задания направления вращения корпуса газогенератора (правое или левое, относительно направления расположения ребер на внутренней поверхности камеры газификации). Оптимизация режима золоудаления из реакционной зоны газогенератора, при изменении угла наклона корпуса газогенератора в вертикальной плоскости, что обеспечивается использованием камеры газификации в виде полусферы содержащей несколько плоскостей дутьевых фурм, расположенных со смещением друг относительно друга по плоскостям, а в промежутках между фурмами расположены отверстия выполняющие функции колосниковой решетки.

Для достижения указанного технического результата газогенераторная установка содержит неподвижное основание, с установленной на нем рамой газогенератора с опорами для крепления, при этом рама газогенератора установлена на неподвижное основание с возможностью наклона в вертикальной плоскости на угол α, который лежит в интервале от 0 до 90°, корпуса газогенератора с камерой газификации, индивидуальных воздухоподводящих каналов в виде трубок с дутьевыми фурмами на одном конце и электромагнитными клапанами на другом, при этом корпус газогенератора установлен с возможностью вращения на опорах рамы вокруг вертикальной оси с угловой частотой ω от 10 до 1000 ч^-1. Внутри камеры газификации, расположены ребра, по внутренней винтовой линии под углом β, относительно продольной оси камеры газификации, нижний конец камеры газификации выполнен в виде полусферы, содержащей несколько плоскостей дутьевых фурм, расположенных со смещением друг относительно друга по плоскостям, а в промежутках между дутьевыми фурмами расположены отверстия выполняющие функции колосниковой решетки.

Схема газогенераторной установки представлена рисунками:

фиг. 1 - общий вид газогенераторной установки

фиг. 2 - разрез корпуса газогенератора

фиг. 3 - разрез корпуса с камерой газификации газогенератора

фиг. 4 - разрез нижней части камеры газификации

Газогенераторная установка (фиг. 1), состоит из основания 1, подвижной рамы 2, которая позволяет изменять положение корпуса газогенератора 5 в пространстве на угол α в диапазоне от 0° до 90°, опор 3 и 9 позволяющим изменять положение корпуса газогенератора 5 в пространстве с угловой скоростью ω в диапазоне от десятков до тысяч оборотов за час, при помощи механизма вращения, зольникового 4 и загрузочного 8 люков, системы электромагнитных клапанов 6, объединенных в общий воздушный коллектор 7. Каждый электромагнитный клапан соединен трубкой 11, с дутьевой фурмой 10 (фиг. 2) Так как газогенератор работает по обращенному процессу газификации, газ образующийся в камере газификации 12, удаляется через ее нижнюю часть в пространство между камерой газификации и внешним корпусом 5, и далее в газоотводный патрубок 13. Внутри камеры газификации, (фиг. 3) расположены ребра 14, по внутренней винтовой линии под углом β относительно продольной оси камеры газификации. Нижний конец камеры газификации, (фиг. 4), выполнен в виде полусферы, содержащей несколько плоскостей дутьевых фурм 10, расположенных со смещением друг относительно друга по плоскостям, в промежутках между фурмами расположены отверстия 15 выполняющие функции колосниковой решетки. Отверстия 15 могут быть выполнены различной геометрической формы, например, круглые, эллиптические, прямоугольные и т.д.

Газогенераторная установка работает следующим образом. Газогенератор 5 загружается топливом, идущим на газификацию. Задается режим газификации твердого топлива (поверхностное, слоевое, в псевдокипящем слое и т.д.), который обеспечивается комплексным взаимодействием таких параметров, как: угол наклона корпуса газогенератора в вертикальной плоскости, частота вращения корпуса газогенератора вокруг вертикальной оси, количество и пространственное расположение функционирующих дутьевых фурм 10, а также режима их работы.

После загрузки топлива загрузочный люк 8 должен быть герметично закрыт. Через зольниковый люк 4 осуществляется розжиг древесного угля, находящегося в камере газификации и дальнейшая его герметизация. Воздух, попадая через дутьевые фурмы 10 в камеру газификации 12 в районе фурменного пояса, начинает взаимодействовать с древесным углем. Температура в реакционной зоне возрастает. Электромагнитные клапаны 6 дутьевых фурм 10 открываются и закрываются в зависимости от заданного алгоритма управления, режима работы газогенератора и вида используемого топлива.

После розжига и выхода газогенератора 5 на стабильный режим работы, производится корректировка угла наклона корпуса газогенератора 5 в вертикальной плоскости, который может быть задан в пределах α=0…90° и режима вращения корпуса газогенератора 5 на опорах 3, 9 вокруг вертикальной оси с угловой частотой ω=10…1000 час^-1. Эти параметры в большей степени определяются требованиями к получаемому генераторному газу, видом и структурой газифицируемого топлива (например, влажностью, размером и адгезивными характеристиками твердого топлива). От направления вращения корпуса газогенератора 5 (правое или левое, относительно направления расположения ребер на внутренней поверхности камеры газификации), будет зависеть режим подачи твердого топлива в реакционную зону газогенератора 5: разрыхление или уплотнение твердого топлива. Что в свою очередь решает проблему образования сводов и неравномерной подачи твердого топлива в реакционную зону газогенератора при зависании и резком обрушении топлива, а, значит, обеспечивается постоянство физико-химических показателей производимого генераторного газа.

По выработке топлива в камере газификации 12, камера загружается снова и цикл повторяется. Зола из камеры газификации 12 удаляется в нижнюю часть газогенератора, через отверстия 15, выполняющие функции колосниковой решетки, которые расположены между рядами дутьевых фурм в нижнем (полусферическом) конце камеры газификации 12, что позволяет более эффективно очищать камеру газификации 12 от зольного остатка при различных углах наклона корпуса газогенератора 5 в вертикальной плоскости.

В газогенераторе используется принцип параметрического регулирования рабочего процесса в объеме фурменного пояса. Газогенератор 5 отличается от традиционных газогенераторов наличием индивидуального подвода воздуха к каждой дутьевой фурме 10, это позволяет не только повысить эффективность процесса газификации в газогенераторе 5 за счет подогрева воздуха, подаваемого в реакционную зону через дутьевые фурмы 10, но и при помощи системы электромагнитных клапанов 6 изменять число задействованных дутьевых фурм 10, поддерживая постоянной скорость истечения воздушного факела из дутьевой фурмы 10 при различных режимах работы газогенератора 5. Для поддержания температуры и рабочей толщины реакционной зоны постоянными на переходных (не номинальных) режимах происходит чередование в работе дутьевых фурм 10. Также возможен и импульсный режим работы дутьевых фурм 10. Кроме этого дутьевые фурмы 10 расположены не в одной плоскости, а в разных плоскостях по объему камеры газификации фурменного пояса и количество дутьевых фурм 10 в каждой плоскости может быть различно, причем дутьевые фурмы 10 в плоскостях расположены со смещением относительно друг друга. Камера газификации 12 изготовлена в виде тела вращения -полусферы. Радиус ее кривизны рассчитывается из условия постоянной толщины реакционной зоны для конкретного ряда фурменного пояса, с учетом количества дутьевых фурм 10.

Проведенные исследования по патентным и научно-техническим источникам свидетельствуют, что предлагаемая конструкция неизвестна и не следует явным образом из изученного уровня техники, следовательно, соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень».

Заявляемая конструкция может быть изготовлена в условиях любого предприятия, с использованием стандартного оборудования, известных технологий и материалов. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию «промышленная применимость».

Предлагаемая совокупность существенных признаков сообщает заявляемой конструкции газогенераторной установки новые свойства, позволяющие получить указанный технический результат.

Газогенераторная установка, содержащая неподвижное основание с установленной на нем рамой газогенератора с опорами для крепления, при этом рама газогенератора установлена на неподвижное основание с возможностью наклона в вертикальной плоскости на угол α, который лежит в интервале от 0 до 90°, корпуса газогенератора с камерой газификации, индивидуальных воздухоподводящих каналов в виде трубок с дутьевыми фурмами на одном конце и электромагнитными клапанами на другом, при этом корпус газогенератора установлен с возможностью вращения на опорах рамы вокруг вертикальной оси с угловой частотой ω от 10 до 1000 ч^-1, отличающаяся тем, что внутри камеры газификации расположены ребра по внутренней винтовой линии под углом β относительно продольной оси камеры газификации, нижний конец камеры газификации выполнен в виде полусферы, содержащей несколько плоскостей дутьевых фурм, расположенных со смещением друг относительно друга по плоскостям, а в промежутках между дутьевыми фурмами расположены отверстия, выполняющие функции колосниковой решетки.