Газогенератор с водяным котлом

Изобретение предназначено для производства энергоносителей в виде горячей воды, пара и горючего генераторного газа и может быть использовано в энергетическом машиностроении. Газогенератор содержит корпус с внешним и внутренним кожухами, между которыми расположен водяной котел с газоходами, межтрубным пространством, трубными досками. Газогенератор содержит зону сушки и пирогенетического разложения, ограниченные футеровкой камеру горения и зоны сгорания смол и регенерации, шайбу, делящую зафутеровочное пространство на камеру парогенерации с фурмой подачи пара в зону регенерации и камеру подогрева атмосферного воздуха с фурмами подачи воздуха в камеру горения и патрубком подачи воздуха. Также газогенератор содержит камеру подогрева генераторного газа с фурмой подачи генераторного газа в камеру горения. Между внешним и внутренним кожухами под водяным котлом с газоходами расположена зона очистки генераторного газа, а над водяным котлом с газоходами - зона отбора генераторного газа с патрубком отвода. Камеры подогрева генераторного газа и атмосферного воздуха и камера парогенерации расположены в пространстве между футеровкой и внутренним кожухом. Изобретение обеспечивает создание газогенератора с водяным котлом, вырабатывающего, кроме горячей воды, пар и генераторный газ для работы газопоршневой электростанции. 1 ил.

 

Газогенератор с водяным котлом относится к области энергетического машиностроения, а именно к устройствам для производства энергоносителей в виде горячей воды, пара и горючего генераторного газа из битуминозных (смолистых) топлив, древесных чурок, торфа, различных марок угля, горючих сланцев, органических отходов различных производств, в том числе животноводческих комплексов, брикетированных осадков очистных сооружений, твердых бытовых отходов, медицинских отходов и других.

Известна «Установка для получения генераторного газа из вторичного древесного или растительного сырья», по патенту RU 2081894, C10J 3/20, от 1993.05.26, опубл. 1997.06.20, предназначенная для получения генераторного газа путем газификации вторичного древесного или растительного сырья.

Для достижении указанного технического результата установка для получения генераторного газа из вторичного древесного или растительного сырья, содержащая газогенератор, включающий камеру газификации из огнеупорного кирпича, отходящий от нее вверх металлический бункер с люком для загрузки сырья, люк для розжига сырья, отделенный от камеры газификации колосниковой решеткой зольник с люком для удаления шлака и теплоизоляцию вокруг камеры газификации и бункера из огнеупорного кирпича с газоходами, центробежный вентилятор для подачи атмосферного воздуха, воздухоподводящие и газоотводящие трубы, связанный с последними воздушный теплообменник и циклон, снабжена расположенными в бункере и закрепленными нижними концами в стенке камеры газификации вертикальными трубами для отвода паров воды из бункера в камеру газификации и для подачи по ним воды для удаления шлака, расположенными между теплообменником и циклоном водяным холодильником и смолосборником, и расположенной над бункером водопроводной трубой, имеющей отводы для подачи воды и вертикальные трубы и связанной с рубашкой водяного холодильника, а теплоизоляция вокруг камеры газификации и бункера выполнена с двойными металлическими стенками и дополнительными газопроходами между ними для прохода воздуха из рубашки воздушного теплообменника в камеру газификации.

Данная установка работает в периодическом режиме по циклу «загрузка порции топлива-переработка-получение порции генераторного газа-выгрузка зольного остатка». Периодичность работы установки и ее производительность зависит от площади поперечного сечения в зоне горения и объема топливной камеры.

В данной установке наддув воздуха производят принудительно вентилятором, что приводит к расширению зоны горения и увеличению объема выработки генераторного газа, что приводит к повышению давления в газогенераторе и взрыво-пожарной опасности, выбросу генераторного газа в атмосферу, что ухудшает санитарно-экологические нормы.

Очистка газа водой и твердыми фильтрующими элементами увеличивает газодинамические потери, это препятствует выходу всего выработанного генераторного газа, снижает производительность установки, повышает взрыво-пожароопасность установки и препятствует применению выработанного газа даже в газовых горелках, из-за недостаточной степени очистки от твердых и смолистых веществ.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является техническое решение по а.с. SU 821863, F24Н 1/28, от 29.06.79 г. «Водонагреватель», который содержит вертикальный корпус, газогенератор, полость для нагреваемой воды, топку с горелкой, подключенной газопроводом к газогенератору. Полость для нагреваемой воды разделена на емкость для горячего водоснабжения и емкость для отопления, в которой расположены дымогарные трубы. Газогенератор состоит из загрузочного бункера и шахты с колосниковой решеткой, под которой расположены воздуховод с воздуходувкой и зольник. На газопроводе установлен фильтр. Патрубки предназначены соответственно для подвода холодной и отвода горячей воды.

Данная установка работает в периодическом режиме по циклу «загрузка порции топлива-переработка-получение порции горячей воды-выгрузка зольного остатка».

Задачей предлагаемого технического решения является создание газогенератора с водяным котлом, вырабатывающего, кроме горячей воды, пар и генераторный газ для работы газопоршневой электростанции.

Поставленная задача решена за счет того, что газогенератор с водяным котлом, который содержит корпус с внешним и внутренним кожухами, между которыми расположен водяной котел с газоходами, межтрубным пространством, трубными досками и с патрубками отвода и подвода, при этом он содержит зону сушки и пирогенетического разложения, ограниченные футеровкой камеру горения и зоны сгорания смол и регенерации, шайбу, делящую зафутеровочное пространство на камеру парогенерации с фурмой подачи пара в зону регенерации и камеру подогрева атмосферного воздуха с фурмами подачи воздуха в камеру горения и патрубком подачи воздуха, а также содержит камеру подогрева генераторного газа с фурмой подачи генераторного газа в камеру горения, при этом между внешним и внутренним кожухами под водяным котлом с газоходами расположена зона очистки генераторного газа, а над водяным котлом с газоходами - зона отбора генераторного газа с патрубком отвода; при этом камеры подогрева генераторного газа и атмосферного воздуха и камера парогенерации расположены в пространстве между футеровкой и внутренним кожухом.

Выполнение корпуса в виде двух, внешнего и внутреннего, кожухов позволяет расположить между ними водяной котел, с газоходами, закрепленными в трубных досках, и межтрубное пространство, и выработать горячую воду 90°С за счет физического тепла генераторного газа в водяном котле.

Размещение непосредственно под водяным котлом дополнительной зоны очистки генераторного газа позволяет очищать поступающий из зоны регенерации газ до подачи в газоходы водяного котла, что продляет межремонтный период работы котла.

Расположение водяного котла, газоходов с межтрубным пространством между дополнительной зоной очистки генераторного газа и зоной отбора генераторного газа и подача холодной воды в межтрубное пространство позволяет, с одной стороны, остудить генераторный газ до необходимой температуры перед подачей потребителю, с другой стороны, нагреть воду до 90°С за счет утилизации тепла остужаемого генераторного газа и подать потребителю, не отбирая, как в аналогах, тепловую мощность камеры сгорания, что значительно повышает КПД установки.

Выбор соотношения сужения футеровки, то есть зоны сгорания смол, к площади камеры горения имеет строгую зависимость F _{зоны сгорания смол}/F _{зоны горения} =0,118 и позволяет создать оптимальный скоростной и температурный режимы для наибольшего сгорания смол в этой зоне, что обеспечивает основную очистку генераторного газа от смол перед подачей его в зону регенерации, куда газ поступает с минимальным остаточным содержанием смол, и в газоходы водяного котла, что тоже продлевает межремонтный период работы котла.

В этом случае отпадает необходимость сооружения мощных металлоемких очистительных сооружений для доочистки генераторного газа от смол перед подачей потребителю.

Расположение шайбы между внутренним кожухом и сужением футеровки, делящей зафутеровочное пространство на камеры, позволяет во внутреннем кожухе разместить в нижней части зафутеровочного пространства, примыкающего к зоне регенерации, находящейся внутри футеровки, камеру парогенерации с фурами подачи пара в зону регенерации, что приводит к получению пара в камере парогенерации за счет физического тепла генераторного газа, поднимающегося к водяному котлу через камеру очистки, расположенную рядом, между внутренним и внешним кожухами.

Расположение этой же шайбы также позволяет разместить над шайбой в верхней части зафутеровочного пространства камеру подогрева атмосферного воздуха с фурмами и расположенную выше камеру подогрева генераторного газа, с вводом обратно заводимого в камеру горения генераторного газа, и обеспечить подогрев воздуха, подаваемых в камеру горения, за счет физического тепла генераторного газа, проходящего через камеру очистки, расположенную между внутренним и внешним кожухами, к водяному котлу.

Расположение камеры подогрева атмосферного воздуха в зафутеровочном пространстве, фактически через стену внутреннего кожуха, где проходит горячий генераторный газ, а также прохождение патрубка подачи атмосферного воздуха через зону очистки генераторного газа дает возможность подавать подогретый воздух в камеру горения за счет утилизации физического тепла генераторного газа и не тратить дополнительной тепловой энергии в камере горения.

Подача обратного генераторного газа в зону горения для поддержания в автоматическом режиме температуры горения, его подогрев в камере подогрева генераторного газа дает возможность поддерживать оптимальную температуру в зоне горения и позволяет получать генераторный газ однородным по химическому составу с максимальным коэффициентом газификации, т.е. получать максимальное КПД газификации.

На чертеже представлен газогенератор с водяным котлом, где корпус 1, внешний кожух 2 корпуса, внутренний кожух 3 корпуса, зона 4 сушки и пирогенетического разложения, камера 5 горения, футеровка 6, фурма 7 подачи обратного генераторного газа в камеру горения, фурма 8 подачи воздуха в камеру горения, шайба 9, зона 10 сгорания смол, зона 11 регенерации, камера 12 парогенерации, фурма 13 подачи пара в зону регенерации, камера 14 подогрева атмосферного воздуха, патрубок 15 отбора горячей воды, ввод 16 генераторного газа, камера 17 подогрева генераторного газа, зона 18 очистки генераторного газа от механических примесей, патрубок 19 подачи атмосферного воздуха, водяной котел 20, газоходы 21, межтрубное пространство 22, трубные доски 23, зона 24 отбора генераторного газа, патрубок 25 отвода генераторного газа, патрубок 26 подачи холодной воды.

Газогенератор с водяным котлом выполнен следующим образом.

Корпус 1 выполнен в виде двух, расположенных один в другом, внешнего 2 и внутреннего 3, кожухов, между которыми расположены зона 18 очистки генераторного газа, газоходы 21 водяного котла 20, закрепленные в трубных досках 23, и межтрубное пространство 22 водяного котла 20, оснащенное в верхней части патрубком подачи холодной воды 26, а в нижней части - патрубком отбора горячей воды 15.

Во внутреннем кожухе 3 сверху вниз расположены: зона 4 сушки и пирогенетического разложения, камера 5 горения с зонами 10 сгорания смол и 11 регенерации, ограниченными футеровкой 6, выполненной в виде двух воронкообразных фигур, обращенных друг к другу и соединенных зауженными сторонами, отношение сужения футеровки, где расположена зона сгорания смол, к площади, ограниченной футеровкой, где расположена камера горения, имеет зависимость F _{зоны горения}/F _{зоны сгорания} =0,118.

К камере 5 горения проложены фурмы 7 подачи обратного генераторного газа, соединенные с камерой 17 подогрева генераторного газа, а также фурмы 8 ввода атмосферного воздуха в камеру горения из камеры подогрева атмосферного воздуха.

Между внутренним кожухом 3 и сужением футеровки 6 расположена шайба 9, делящая зафутеровочное пространство на камеру парогенерации 12 с фурмами 13 подачи пара в зону 11 регенерации и камеру 14 подогрева атмосферного воздуха проходящим через нее патрубком 15 отбора горячей воды и расположенную выше камеру 17 подогрева генераторного газа с вводом 16 генераторного газа.

В месте сужения футеровки расположена зона сгорания смол 10, под которой размещена зона 11 регенерации, с фурмами 13 подачи пара в зону регенерации.

Газогенератор с водяным котлом работает следующим образом.

Топливо попадает в зону сушки и пирогенетического разложения 4, постепенно передвигаясь в камеру горения 5, где и происходит химико-термическое разложение топлива на газовые составляющие при недостаточном окислении кислородом воздуха, который дозировано подается в зону горения через зону подогрева воздуха 14 и воздушные фурмы 8.

Топливо, не вступившее в реакцию с кислородом воздуха, и топливо, перешедшее в газовую инертную составляющую, проходят через зону сгорания смол 10 и попадают в зону регенерации 11, где топливо выступает в роли реагента, вступающего в химическую реакцию с инертным газом, и превращается в горючую газовую составляющую.

Далее горючий газ попадается в зону очистки генераторного газа 18, где очищается от механических примесей и в зоне парогенерации 12, расположенной в зафутеровочном пространстве, нагревает воду до образования пара, который подается в зону регенерации 11 через фурмы подачи пара 13 для протекании реакции водяного пара, что позволяет повысить теплотворную способность генераторного газа, а также нагревает воздух, поступающий через патрубок подачи атмосферного воздуха 19 в зоне подогрева атмосферного воздуха 14, который через фурмы подачи атмосферного воздуха 8 подается в камеру горения 5.

Затем газ попадает в водяной котел 20 и, отдавая свое физическое тепло, нагревает воду до 90°С. Также он подогревает в камере подогрева 17 заводимый обратно через ввод 16 излишне вырабатываемый генераторный газ, подаваемый в камеру горения 5 через фурмы 7 для поддержания заданной температуры горения.

Технический результат предлагаемого технического решения заключается в предложенной компоновке газогенератора с водяным котлом, где все камеры и зоны взаиморасположены таким образом, чтобы утилизировать все тепло, вырабатываемое при сжигании топлива, превратить его в энергоносители в виде генераторного газа, пара и горячей воды.

Газогенератор с водяным котлом, который содержит корпус с внешним и внутренним кожухами, между которыми расположен водяной котел с газоходами, межтрубным пространством, трубными досками и с патрубками отвода и подвода, отличающийся тем, что он содержит зону сушки и пирогенетического разложения, ограниченные футеровкой камеру горения и зоны сгорания смол и регенерации, шайбу, делящую зафутеровочное пространство на камеру парогенерации с фурмой подачи пара в зону регенерации и камеру подогрева атмосферного воздуха с фурмами подачи воздуха в камеру горения и патрубком подачи воздуха, а также содержит камеру подогрева генераторного газа с фурмой подачи генераторного газа в камеру горения, при этом между внешним и внутренним кожухами под водяным котлом с газоходами расположена зона очистки генераторного газа, а над водяным котлом с газоходами зона отбора генераторного газа с патрубком отвода, при этом камеры подогрева генераторного газа и атмосферного воздуха и камера парогенерации расположены в пространстве между футеровкой и внутренним кожухом.