Устройство для газификации сыпучего мелкодисперсного углеродсодержащего сырья и гранулированных биошламов



Устройство для газификации сыпучего мелкодисперсного углеродсодержащего сырья и гранулированных биошламов
Устройство для газификации сыпучего мелкодисперсного углеродсодержащего сырья и гранулированных биошламов
Устройство для газификации сыпучего мелкодисперсного углеродсодержащего сырья и гранулированных биошламов
Устройство для газификации сыпучего мелкодисперсного углеродсодержащего сырья и гранулированных биошламов

 


Владельцы патента RU 2493487:

Масленников Владимир Васильевич (RU)

Изобретение относится к области термической переработки углеродсодержащих материалов с образованием топочного газа. Устройство для газификации сыпучего мелкодисперсного углеродсодержащего сырья и гранулированных биошламов содержит вихревую топку с камерой сгорания, устройство для нагрева камеры сгорания, загрузочное устройство, первую и вторую магистрали подачи газового потока в тангенциальном направлении в камеру сгорания, первый и второй нагнетатели. В нем выполнены устройство для создания постоянного магнитного поля, магистраль рециркуляции смеси окислителя, водяного пара, водорода и пылевидных фракций, введена магистраль рециркуляции смеси окислителя, водяного пара и водорода, образована камера розжига и стабилизации поджига, в качестве устройства для нагрева камеры сгорания в камере сгорания выполнены внешний и внутренний индукционные нагреватели, на внутреннем индукционном нагревателе образованы первая и вторая крыльчатки. Изобретение позволяет повысить эффективность и степень экологичности процесса газификации, повысить качество топочного газа. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области термической переработки углеродсодержащих материалов с образованием топочного газа.

Существует устройство для газификации сыпучего мелкодисперсного углерод со держащего сырья и гранулированных биошламов [1], содержащее образованную в корпусе топку с камерой сгорания, устройство для образования смеси сырья с окислителем, магистраль введения смеси в камеру сгорания в тангенциальном направлении, устройство разжигания и стабилизации горения. Данное устройстве не обеспечивает полного сгорания сырья вследствие недостатка компонентов для выполнения термохимических реакций, что приводит к задымлению атмосферы выходящими из устройства газообразными продуктами.

Известно устройство для газификации сыпучего мелкодисперсного углерод содержащего сырья и гранулированных биошламов [2], содержащее вихревую топку, устройство для загрузки сырья вместе с воздухом, сепаратор для разделения сырья на фракции, первый и второй нагнетатели окислителя, соединенные с нагнетателями дутьевые сопла с созданием вихревого движения содержимого камеры сгорания, устройство для поджигания сырья. Недостатком этого устройства является образование фуранов в результате термохимических реакций в присутствии азота, что приводит к загрязнению атмосферы.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для газификации сыпучего мелкодисперсного углеродсодержащего сырья и гранулированных биошламов [3], содержащее образованную в корпусе вихревую топку с камерой сгорания, устройство для нагрева камеры сгорания, загрузочное устройство, первый трубопровод для вывода конечных газообразных продуктов, первую магистраль подачи газового потока в тангенциальном направлении в одну часть камеры сгорания со вторым трубопроводом между вихревой топкой и выходным узлом первого нагнетателя, вторую магистраль подачи газового потока в тангенциальном направлении в другую часть камеры сгорания со вторым трубопроводом между вихревой топкой и выходным узлом второго нагнетателя.

Недостатками такого устройства являются загрязнение атмосферы выходными газообразными продуктами вследствие неполного сгорания сырья и образования таких ядовитых веществ как фураны в процессе термохимических реакций при наличии азота в подаваемом в камеру сгорания воздухе, невысокое качество топочного газа вследствие недостатка водорода, необходимого для реакций синтеза.

Еще одним недостатком устройства является снижение эффективности процесса газификации вследствие необходимости использования внешних источников тепла для разогрева камеры сгорания.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности и степени экологичности процесса газификации, повышение качества топочного газа, эффект получения в процессе газификации в качестве выходного продукта чистых металлов, присутствовавших в сырье.

Данный технический результат обеспечивается в устройстве для газификации сыпучего мелкодисперсного углеродсодержащего сырья и гранулированных биошламов, содержащем образованную в корпусе вихревую топку с камерой сгорания, устройство для нагрева камеры сгорания, загрузочное устройство, первый трубопровод для вывода конечных газообразных продуктов, первую магистраль подачи газового потока в тангенциальном направлении в одну часть камеры сгорания со вторым трубопроводом между вихревой топкой и выходным узлом первого нагнетателя, вторую магистраль подачи газового потока в тангенциальном направлении в другую часть камеры сгорания со вторым трубопроводом между вихревой топкой и выходным узлом второго нагнетателя, тем, что в нем выполнены расположенное во втором трубопроводе устройство для создания постоянного магнитного поля, а также магистраль рециркуляции смеси окислителя, водяного пара, водорода и пылевидных фракций, включающая соединенный с вихревой топкой четвертый трубопровод, входной узел первого нагнетателя и первую магистраль подачи газового потока в камеру сгорания, введена магистраль рециркуляции смеси окислителя, водяного пара и водорода, включающая соединенный с вихревой топкой пятый трубопровод, входной узел второго нагнетателя и вторую магистраль подачи газового потока в камеру сгорания, в третьем трубопроводе образована камера розжига и стабилизации поджига, выходное отверстие загрузочного устройства выполнено с выходом во второй трубопровод, в качестве устройства для нагрева камеры сгорания в камере сгорания выполнен насквозь полый внутренний индукционный нагреватель, сделанный из электропроводного материала, образована первая крыльчатка, выполненная заодно с внутренним индукционным нагревателем в его верхней части, образована вторая крыльчатка, выполненная заодно с внутренним индукционным нагревателем в его нижней части, в качестве дополнительного устройства для нагрева камеры сжигания в области расположения второй крыльчатки выполнен внешний индукционный нагреватель, расположенный на боковой стенке камеры сгорания и сделанный из электропроводного материала, выход газового потока по второму трубопроводу выполнен в зону расположения в камере сгорания первой крыльчатки, причем между каждой из соседних лопастей первой крыльчатки образовано окно, вход третьего трубопровода в камеру сгорания выполнен на боковой стенке камеры сгорания, вход четвертого трубопровода в камеру сгорания выполнен в зазор между корпусом и внутренним индукционным нагревателем, вход пятого трубопровода в камеру сгорания выполнен в области полости внутреннего индукционного нагревателя в его верхней части.

В первом частном случае внутренний индукционный нагреватель выполнен в виде соединенных вместе узкими горловинами двух воронок.

Во втором частном случае внешний индукционный нагреватель, имеющий кольцевую форму, выполнен в области расположения второй крыльчатки.

В третьем частном случае устройство для создания постоянного магнитного поля выполнено с направлением намагниченности вдоль продольной оси второго трубопровода.

В четвертом частном случае устройство для создания постоянного магнитного поля выполнено в виде стержневого магнита.

В пятом частном случае плоскости лопастей первой крыльчатки направлены по касательной поверхности к внешней цилиндрической поверхности первой крыльчатки.

В шестом частном случае лопасти второй крыльчатки выполнены под углом к касательной к внешней цилиндрической поверхности второй крыльчатки.

В седьмом частном случае между выходным отверстием устройства для загрузки сырья и первым трубопроводом установлен шлюзовый затвор.

В восьмом частном случае в качестве заполнителей камеры розжига и стабилизации поджига используются бумага и древесина или ее отходы.

В девятом частном случае пространство между корпусом и внешним индукционным нагревателем заполнено металлической стружкой.

В результате того, что выходное отверстие устройства для загрузки сырья выполнено с выходом в первую магистраль подачи газового потока в вихревую топку, выполнены расположенное в трубопроводе первой магистрали подачи газового потока в вихревую топку устройство для создания постоянного магнитного поля и магистраль рециркуляции смеси окислителя, водяного пара, водорода и пылевидных фракций, выход газового потока по первой магистрали выполнен в зону расположения в камере сгорания первой крыльчатки, достигается повышение эффективности процесса газификации вследствие более полного сжигания сырья, так как в камере сгорания образуется большая совокупность электрически заряженных частиц, многочисленные искровые разряды между которыми способствуют разложению сырья на более мелкие фрагменты вплоть до молекулярного уровня.

Вследствие того, что введена магистраль рециркуляции смеси окислителя, водяного пара, водорода и пылевидных фракций с введением окислителя, водяного пара и водорода в верхнюю часть камеры сгорания, введена магистраль рециркуляции смеси окислителя, водяного пара и водорода с введением окислителя, водяного пара и водорода в нижерасположенную часть камеры сгорания, обеспечиваются условия для более полного выполнения реакций синтеза во всем объеме камеры сгорания, что способствует получению топочного газа высокого качества и уменьшению загрязняющих веществ в выходных газообразных продуктах. Следовательно, одновременно со значительным повышением качества топочного газа повышается степень экологичности процесса газификации.

Посредством выполнения в качестве устройства для нагрева камеры сгорания полого внутреннего индукционного нагревателя и внешнего индукционного нагревателя обеспечивается повышение эффективности процесса газификации вследствие использования для нагрева камеры сгорания излучаемого внутренним и внешним индукционными нагревателями тепла, получаемого за счет вихревых токов, наводимых высокочастотным электромагнитным излучением, возникающим в результате образования импульсов тока во время искровых разрядов между электростатическими зарядами частиц и молекул в камере сгорания.

Вследствие того, что образованы первая крыльчатка и вторая крыльчатка, выход первой магистрали подачи газового потока выполнен в зону расположения в камере сгорания первой крыльчатки, между каждой из соседних лопастей первой крыльчатки образовано окно, происходит механическое разделение фракций сырья, в результате чего более крупные фракции проделывают более длинный путь по камере сгорания, подвергаясь более полному сжиганию и разложению с получением практически только газообразных продуктов и металлов, не поддающихся сжиганию в процессе газификации. Поэтому повышается эффективность процесса газификации и достигается эффект получения в процессе газификации в качестве выходного продукта чистых металлов, присутствовавших в сырье.

В результате того, что выполнены магистраль рециркуляции смеси окислителя, водяного пара, водорода и пылевидных фракций и магистраль рециркуляции смеси окислителя, водяного пара и водорода, повышается степень экологичности процесса газификации вследствие устранения расхода атмосферного воздуха и водных ресурсов.

На фиг.1 представлен общий вид устройства для газификации сыпучего мелкодисперсного углеродсодержащего сырья и гранулированных биошламов; на фиг.2 - вид вихревой топки; на фиг.3 - вид вихревой топки в разрезе по А-А фиг.2; на фиг.4 - вид вихревой топки в разрезе по Б-Б фиг.2.

Устройство (фиг.1) для газификации сыпучего мелкодисперсного углеродсодержащего сырья и гранулированных биошламов содержит корпус 1, первый нагнетатель 2, второй нагнетатель 3, загрузочное устройство с бункером 4.

В корпусе 1 выполнены вихревая топка 5, сборник зольного остатка 6 и первый трубопровод 7 для вывода конечных газообразных продуктов. Первая магистраль подачи газового потока содержит второй трубопровод 8 между вихревой топкой 5 и выходным узлом первого нагнетателя 2. Вторая магистраль подачи газового потока содержит третий трубопровод 9 между вихревой топкой 5 и выходным узлом второго нагнетателя 3. Магистраль рециркуляции смеси окислителя, водяного пара, водорода и пылевидных фракций включает соединенный с вихревой топкой 5 четвертый трубопровод 10, входной узел первого нагнетателя 2 и первую магистраль подачи газового потока в вихревую топку 5 через второй трубопровод 8. Магистраль рециркуляции смеси окислителя, водяного пара и водорода содержит соединенный с вихревой топкой 5 пятый трубопровод 11, входной узел второго нагнетателя 3 и вторую магистраль подачи газового потока в вихревую топку 5 через третий трубопровод 9. В третьем трубопроводе 9 образована заполняемая через люк 12 легковоспламеняющимися материалами и расходным горючим материалом камера 13 розжига и стабилизации поджига. Выходное отверстие 14 загрузочного устройства выполнено с выходом во второй трубопровод 8. Между бункером 4 и выходным отверстием 14 расположен первый шлюзовый затвор 15. Второй шлюзовый затвор 16 поставлен на выходе сборника зольного остатка 6.

В вихревой топке 5 (фиг.2) выполнена камера сгорания 17, отделенная от корпуса 1 футеровкой 18 из жаропрочного и электроизоляционного бетона и закрытая крышкой 19. В центре камеры сгорания 17 вниз от крышки 19 до воронки 20 расположен выполненный из электропроводного материала насквозь полый внутренний индукционный нагреватель 21, который состоит из воронок 22 и 23, соединенных вместе своими узкими горловинами в средней части внутреннего индукционного нагревателя 21. Выполненная заодно с внутренним индукционным нагревателем 21, в его верхней части расположена первая крыльчатка 24. В его нижней части находится вторая крыльчатка 25, выполненная заодно с внутренним индукционным нагревателем 21. На боковой стенке 26 камеры сгорания 17 в области второй крыльчатки 25 расположен внешний индукционный нагреватель 27, имеющий кольцевую форму и выполненный из электропроводного материала. Между корпусом 1 и внешним индукционным нагревателем 27 заложен слой металлической стружки 28. В месте зазора 29 между корпусом 1 и внутренним индукционным нагревателем 21 в верхней части камеры сгорания 17 выполнено окно 30 для ввода в камеру сгорания 17 четвертого трубопровода 10. Окно 31 для входа пятого трубопровода 11 в камеру сгорания 17 выполнено по центру верхней части камеры сгорания 17. В низу вихревой топки 5 образовано выходное отверстие 32 для перемещения продуктов сгорания в сборник зольного остатка 6.

Продольная ось 33-33 (фиг.3) второго трубопровода 8 направлена по касательной к боковой стенке 26 камеры сгорания 17, второй трубопровод 8 входит в камеру сгорания 17 так, что выходящий из него газовый поток имеет тангенциальное направление движения относительно вихревой топки 5 и поступает на первую крыльчатку 24, имеющую лопасти 34', 34'… 34(n) и окна 35', 35'… 35(n) между ними. Плоскости лопастей 34', 34'… 34(n) направлены по касательной поверхности к внешней цилиндрической поверхности 36 первой крыльчатки 24. Вдоль продольной оси 33-33 второго трубопровода 8 в нем установлен стержневой постоянный магнит 37 с направлением его полюсов по продольной оси 33-33.

Вторая крыльчатка 25 (фиг.4) имеет лопасти 38', 38'… 38(k), выполненные под углом к касательной к внешней цилиндрической поверхности 39 второй крыльчатки 25. Продольная ось 40-40 третьего трубопровода 9 направлена по касательной к боковой стенке 26 камеры сгорания 17, третий трубопровод 9 входит в камеру сгорания 17 через окно 41 в боковой стенке 26 камеры сгорания 17 так, что выходящий из него газовый поток имеет тангенциальное направление движения относительно вихревой топки 5 и поступает в область второй крыльчатки 25.

Устройство для газификации сыпучего мелкодисперсного углеродсодержащего сырья и биошламов работает следующим образом. В бункер 4 загружают сыпучее мелкодисперсное углеродсодержащее сырье или сыпучий гранулированный биошлам с низкой влажностью. В камеру 13 розжига и стабилизации поджига через люк 12 загружают такой легковоспламеняющийся материал, как бумага, а также расходный горючий материал, например древесные опилки. Приводят в действие первый 2 и второй 3 нагнетатели, поджигают бумагу, находящуюся в камере 13 розжига и стабилизации поджига. После этого начинаются происходящие одновременно процесс термического разложения сырья с выполнением реакций синтеза и процесс разогрева камеры сгорания 17.

Сырье из бункера 4 через отверстие 14 поступает дозами во второй трубопровод 8. Поступление доз сырья обеспечивается посредством первого шлюзового затвора 15. При движении сырья по первой магистрали подачи газового потока сырье проходит по второму трубопроводу 8, находящиеся в нем частицы во время продвижения по второму трубопроводу 8 электризуются, и, попадая в область действия магнитного поля стержневого постоянного магнита 37, наэлектризованные частицы пыли ориентируются вдоль направления магнитного поля и выстраиваются разноименными зарядами навстречу друг другу.

При входе в верхнюю часть камеры сгорания 17 в тангенциальном направлении относительно вихревой топки 5 смеси сырья с наэлектризованными частицами пыли и фрагментами сырья в камере сгорания 17 образуется круговое вращательное движение содержимого камеры сгорания 17. В результате действия центробежных сил в круговое вращательное движение с наибольшим расстоянием от центра камеры сгорания 17 преимущественно попадают самые крупные фрагменты сырья, которые к тому же отбрасываются к боковой стенке 26 камеры сгорания 17 в результате столкновения с лопастями 34', 34'… 34(n) первой крыльчатки 24. Как более легкие, частицы пыли через окна 35', 35'… 35(n) в первой крыльчатке 24 проходят в полости воронок 22 и 23 внутреннего индукционного нагревателя 21. Так как частицы пыли выстроены разноименными зарядами навстречу друг другу, то разрядами меж их разноименными электростатическими зарядами инициируется начало процесса газификации. Ввиду многочисленности количества заряженных частиц пыли возникает совокупность многочисленных непрерывно происходящих локальных искровых разрядов. В точках локальных искровых разрядов происходит мгновенное повышение температуры до нескольких тысяч градусов, что приводит к разрушению находящихся в области локальных искровых разрядов веществ на молекулярном уровне с образованием водорода и кислорода. При каждом длящемся кратковременно локальном разряде между взаимодействующими частицами протекает ток разряда, генерирующийся импульс электромагнитного излучения. Значительная многочисленность происходящих локальных разрядов вызывает высокочастотное электромагнитное излучение, которое генерирует вихревые токи, приводящие к разогреву внутреннего индукционного нагревателя 21 и внешнего индукционного нагревателя 27, тепловое излучение которых вызывает разогрев камеры сгорания 17. Индукционный нагрев слоя металлической стружки 28 приводит к дополнительному повышению температуры в области внешнего индукционного нагревателя 27 и, следовательно, в камере сгорания 17. При этом создаются более благоприятные условия для термического разложения крупных твердых фрагментов сырья.

При поджигании бумаги находящиеся в камере 13 древесные опилки возгораются в струе поступающего в камеру 13 розжига и стабилизации по джига газового потока по третьему трубопроводу 9. Разогретый в результате горения опилок газовый поток при прохождении через лопасти 38', 38' …38(k) второй крыльчатки 25 приобретает при выходе в камеру сгорания 17 вихревое движение. Содержащиеся в газовом потоке горящие частицы расходного горючего материала гаснут на своем пути в камеру сгорания 17, а в камере сгорания 17 в своем вихревом движении приобретают электростатические заряды. Их локальные искровые разряды являются вторым источником инициирования процесса газификации и высокочастотного электромагнитного излучения.

Приходящие в камеру сгорания 17 и направляемые к боковой стенке 26 камеры сгорания 17 под действием центробежных сил более крупные фрагменты сырья, продолжая круговое вращательное движение, в результате трения между хаотически перемещающимися относительно друг друга фрагментами приобретают электрические заряды. Между разноименными зарядами фрагментов сырья возникают локальные искровые разряды. Совокупность многочисленных непрерывно происходящих локальных искровых разрядов образует плазменный тоннель высокочастотного безэлектродного плазмотрона, в котором происходит разложение сырья. При высокой температуре в области локального искрового разряда, вода, содержащаяся на наружной поверхности фрагментов сырья, мгновенно превращается в газообразное состояние, разлагаясь на кислород и водород, а твердая часть сырья разрушается взрывным способом на более мелкие элементы с большим количеством острых граней. Этот процесс происходит в непрерывном режиме до полного разрушения частиц. Одновременно из свободных атомов углерода, водорода и кислорода при наличии высокой температуры в зоне локального разряда образуется топочный газ. Из-за взрывного характера разрушения твердых частиц суммарная поверхность фрагментов увеличивается в геометрической прогрессии, увеличивается количество заряженных частиц, все более многочисленной становится совокупность непрерывно происходящих локальных искровых разрядов. Внесение поступающих по второму трубопроводу 8 из бункера 4 частиц пыли в камеру сгорания 17 способствует увеличению количества локальных искровых разрядов. Происходящий непрерывно процесс термического разложения сырья становится все более интенсивным, доходя до полного разрушения сырья на молекулярном уровне.

В связи с увеличением количества локальных искровых разрядов при введении в оборот процесса газификации фрагментов сырья, а также при образовании второго очага локальных искровых разрядов в результате введения в камеру сгорания 17 по третьему трубопроводу 9 газового потока с частицами горения частота электромагнитного излучения повышается, сила вихревых токов внутреннего индукционного нагревателя 21 и внешнего индукционного нагревателя 27 повышается, приводя к большему к разогреву внутреннего индукционного нагревателя 21 и внешнего индукционного нагревателя 27, что вызывает разогрев камеры сгорания 17 до температуры более 1000°C, которая является достаточной для термического разложения сырья и проведения реакций синтеза. Так как процесс образования локальных искровых разрядов развивается лавинообразно, то процесс разогрева камеры сгорания 17 занимает короткий период времени.

В реакциях синтеза в камере сгорания 17 принимают участие полученные при термическом разложении сырья кислород и водород, а также углерод, содержащийся в саже, как продукте горения. Для обеспечения реакций синтеза в более полном объеме с вовлечением в них все большей части сырья образовавшаяся в зазоре 29 между корпусом 1 и внутренним индукционным нагревателем 21 сажа и смесь водяного пара, кислорода и водорода через окно 30 забирается из верхней части камеры сгорания 17. Далее при прохождении по магистрали рециркуляции смеси окислителя, водяного пара, водорода и пылевидных фракций сажи и смеси водяного пара, кислорода и водорода в них вносится поступающее из бункера 4 сырье вместе с пылью, частицы пыли и фрагменты сырья электризуются в поле постоянного магнита 37 и вместе с сажей, водяным паром, кислородом и водородом поступают в камеру сгорания 17. Здесь углерод сажи, кислород и водород вступают в реакции синтеза с образованием топочного газа, наэлектризованные частицы пыли и фрагменты сырья принимают участие в происходящем в камере сгорания 17 процессе термического разложения. Таким образом обеспечивается непрерывность процессов термического разложения и реакций синтеза.

Находящаяся в полости воронки 22 и отделенная от крупных фрагментов сырья смесь сажи, водяного пара, кислорода и водорода через окно 31 забирается из верхней части камеры сгорания 17 и по магистрали рециркуляции смеси окислителя, водяного пара и водорода через пятый трубопровод 11, второй нагнетатель 3, третий трубопровод 9 и камеру 13 розжига и стабилизации по джига потоком в тангенциальном направлении в область камеры сгорания 17, расположенную в ее средней части. Здесь поток смеси сажи, водяного пара, кислорода и водорода встречается с нисходящим потоком не полностью переработанного сырья, скорость вращения которого по мере движения вниз уменьшается. Выходящий из третьего трубопровода 9 газовый поток придает нисходящему потоку не полностью газифицированного сырья дополнительную скорость вращения, что способствует интенсификации процесса термического разложения и реакций синтеза вследствие вовлечения в реакции синтеза углерода из сажи, водяного пара, кислорода и водорода, получаемых по магистрали рециркуляции смеси окислителя, водяного пара и водорода.

Таким образом по мере продвижения вниз все большая часть сырья подвергается процессу газификации, и на подходе ко второй крыльчатке 25 оказываются наиболее мелкие фрагменты сырья, негорючие остатки сырья и газообразные продукты процесса газификации. В области внешнего индукционного нагревателя 27 остатки сырья попадают на него и сгорают. Проходя через наклонные лопасти 38', 38' …38(k) второй крыльчатки 25, остатки сырья ускоряются в своем вращательном движении, что способствует их электризации и разложению на молекулярном уровне вследствие возникновения дополнительных очагов электроискровых разрядов. Таким образом процесс интенсивной газификации осуществляется во всем объеме камеры сгорания 17, в результате чего происходит полная переработка сырья.

При образовании газообразных продуктов в процессе термического разложения и реакций в камере сгорания 17 создается постоянное статическое давление, в результате чего образовавшийся в результате реакций синтеза топочный газ выводится из полости внутреннего индукционного нагревателя 21 и из камеры сгорания 17 через лопасти 38', 38' …38(k) второй крыльчатки 25, а затем по первому трубопроводу 7 подается потребителю.

В связи с повышением в камере сгорания 17 постоянного статического давления скорость проходящего по третьему трубопроводу 9 газового потока уменьшается, интенсивность горения расположенных в камере 13 розжига и стабилизации поджига опилок становится меньше, что приводит к уменьшению расхода опилок. Поэтому расход опилок в процессе газификации сырья незначителен.

В случае замедления процесса газификации постоянное статическое давление в камере сгорания 17 несколько понижается. Поэтому скорость проходящего по третьему трубопроводу 9 газового потока увеличивается, интенсивность горения расположенных в камере 13 розжига и стабилизации поджига опилок увеличивается, восстанавливается прежний режим процесса газификации. Таким образом процесс поджига поддерживается постоянно.

Вследствие того, что газообразные и прочие продукты газификации циркулируют по магистрали рециркуляции смеси окислителя, водяного пара, водорода и пылевидных фракций и магистрали рециркуляции смеси окислителя, водяного пара и водорода, которые являются замкнутыми и не соединены с атмосферой, то реакции синтеза происходят при дефиците азота. Поэтому не происходит образование фуранов, являющихся вредными выбросами.

Значительная часть сырья сжигается на имеющих высокую температуру внутреннем индукционном нагревателе 21 и внешнем индукционного нагревателе 27. Содержащиеся в сырье металлические компоненты вследствие наличия высокочастотного электромагнитного излучения разогреваются наводимыми в них вихревыми токами и расплавляются, образуя каплеобразные продукты расплава, которые выпадают в сборник зольного остатка 6. Находящиеся в сборнике зольного остатка 6 зола и металлические образования непрерывно удаляются с помощью второго шлюзового затвора 16.

По причине того, что в камеру сгорания 17 доставляются водяной пар, кислород и водород по двум магистралям в разные части камеры сгорания 17, создается вихревое движение в верхней, средней и нижней частях камеры сгорания 17 за счет газовых потоков по двум магистралям и завихрения исходящих из камеры сгорания 17 газов на лопастях 38',38'…38(n) второй крыльчатки 25, создаются оптимальные условия для генерации топочного газа высокого качества, при том, что в газообразных продуктах газификации содержится не более 5% углекислого газа и до 20% кислорода и практически отсутствуют фураны.

Источники информации

1. Патент США №4224019 МКИ F23D 14/00; F23D 013/40, НКИ 431/328. Power burner for compact furnace. 23.09.1980.

2. Патент США №5769008 НКИ 110/251, МПК F23G 5/00. LOW-EMISSION

SWIRLING-TYPE FURNACE. 23.01.1998.

3. Патент РФ №2398998 МПК C10J 3/68, C10J 3/74, C10J 3/82. Способ получения генераторного газа и устройство для его осуществления. 30.09.2005 г.

1. Устройство для газификации сыпучего мелкодисперсного углеродсодержащего сырья и гранулированных биошламов, содержащее образованную в корпусе вихревую топку с камерой сгорания, устройство для нагрева камеры сгорания, загрузочное устройство, первый трубопровод для вывода газообразных продуктов термохимической конверсии, первую магистраль подачи газового потока в тангенциальном направлении в одну часть камеры сгорания со вторым трубопроводом между вихревой топкой и выходным узлом первого нагнетателя, вторую магистраль подачи газового потока в тангенциальном направлении в другую часть камеры сгорания с третьим трубопроводом между вихревой топкой и выходным узлом второго нагнетателя, отличающееся тем, что в нем выполнены расположенное во втором трубопроводе устройство для создания постоянного магнитного поля, а также магистраль рециркуляции смеси окислителя, водяного пара, водорода и пылевидных фракций, включающая соединенный с вихревой топкой четвертый трубопровод, входной узел первого нагнетателя и первую магистраль подачи газового потока в камеру сгорания, введена магистраль рециркуляции смеси окислителя, водяного пара и водорода, включающая соединенный с вихревой топкой пятый трубопровод, входной узел второго нагнетателя и вторую магистраль подачи газового потока в камеру сгорания, в третьем трубопроводе образована камера розжига и стабилизации поджига, выходное отверстие загрузочного устройства выполнено с выходом во второй трубопровод, в качестве устройства для нагрева камеры сгорания в ней выполнен насквозь полый внутренний индукционный нагреватель, сделанный из электропроводного материала, образована первая крыльчатка, выполненная заодно с внутренним индукционным нагревателем в его верхней части, образована вторая крыльчатка, выполненная заодно с внутренним индукционным нагревателем в его нижней части, в качестве дополнительного устройства для нагрева камеры сжигания выполнен внешний индукционный нагреватель, расположенный на боковой стенке камеры сгорания и сделанный из электропроводного материала, выход газового потока по второму трубопроводу выполнен в зону расположения в камере сгорания первой крыльчатки, причем между каждой из соседних лопастей первой крыльчатки образовано окно, вход третьего трубопровода в камеру сгорания выполнен на боковой стенке камеры сгорания, вход четвертого трубопровода в камеру сгорания выполнен в зазор между корпусом и внутренним индукционным нагревателем, вход пятого трубопровода в камеру сгорания выполнен в области полости внутреннего индукционного нагревателя в его верхней части.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутренний индукционный нагреватель выполнен в виде соединенных вместе узкими горловинами двух воронок.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внешний индукционный нагреватель, имеющий кольцевую форму, выполнен в области расположения второй крыльчатки.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство для создания постоянного магнитного поля выполнено с направлением намагниченности вдоль продольной оси второго трубопровода.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что устройство для создания постоянного магнитного поля выполнено в виде стержневого магнита.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что плоскости лопастей первой крыльчатки направлены по касательной поверхности к внешней цилиндрической поверхности первой крыльчатки.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что лопасти второй крыльчатки выполнены под углом к касательной к внешней цилиндрической поверхности второй крыльчатки.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между выходным отверстием устройства для загрузки сырья и вторым трубопроводом установлен шлюзовый затвор.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве заполнителей камеры розжига и стабилизации поджига используются бумага и древесина или ее отходы.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пространство между корпусом и внешним индукционным нагревателем заполнено металлической стружкой.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области химии. .

Изобретение относится к технике мусоросжигания, в частности к высокотемпературному сжиганию влажных медицинских отходов. .

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в системах утилизации отходов деревообрабатывающих производств при одновременной выработке тепловой энергии и сокращении потребления газа и жидкого топлива.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для переработки и утилизации городских и промышленных отходов органического происхождения. .
Изобретение относится к термохимической переработке твердого органического сырья и может быть использовано для утилизации и переработки органической части твердых производственных и бытовых отходов.

Изобретение относится к области химии. .
Изобретение относится к области переработки отходов. .

Изобретения относятся к промышленной переработке горючих углерод- и углеводородсодержащих продуктов. Способ переработки горючих углерод- и/или углеводородсодержащих продуктов реализуют в реакторах, оснащенных температурными датчиками (18, 20). Шихту разогревают (13), подвергают пиролизу и коксованию (12), горению (11) с образованием твердого остатка (4). Пылевидные частицы и сконденсированные капли жидкостей из зоны горения (11) сорбируются жидкими углеводородными продуктами путем орошения верхней части шихты через распределительное устройство или добавлением в шихту твердых углеводородсодержащих продуктов с температурой размягчения выше 60°C и температурой вскипания выше 300°C. Установка включает реактор для переработки углерод- и/или углеводородсодержащих продуктов, узел очистки от твердых и жидких углеродсодержащих частиц циклонного типа (29) для грубой очистки, узел конденсации жидких продуктов (30), сборники-флорентины конденсатов (31) и сборник жидких углеводородсодержащих отходов (32). Между узлом очистки от твердых и жидких углеродсодержащих частиц циклонного типа (29) и узлом конденсации жидких продуктов (30) располагают дополнительный узел очистки парогазовой смеси (33), состоящий из центробежного сепаратора тонкой очистки (34) и одного циклона селективного типа (35). Сборник жидких углеводородсодержащих отходов (32) включает устройство их подачи (36) в распределительное устройство (22) верхней крышки реактора (3). Изобретения позволяют повысить качество очистки парогазовой смеси от твердых и жидкокапельных примесей до 95%, увеличить производительность процесса и упростить аппаратурное оформление. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 табл., 3 пр.

Изобретение относится к устройствам для газификации твердых органических топлив и может быть использовано для производства горючего генераторного газа из отходов предприятий лесного и агропромышленного комплексов. Газогенератор содержит корпус (2), газификационную камеру (1), установленную соосно корпусу с возможностью вращения относительно него, внутри газификационной камеры расположены последовательно зоны сушки, пиролиза, горения, восстановления твердого топлива, содержит патрубки для подачи сырья (4) и газифицирующего агента, установленные в торце газификационной камеры, патрубки для сбора газа (7) и золы. Внутри газификационной камеры зоны сушки, пиролиза, горения, восстановления твердого топлива расположены последовательно от центра к периферии, боковая стенка (3) газификационной камеры, расположенная в зоне восстановления, выполнена перфорированной, а полость между стенками корпуса и газификационной камеры сообщена с патрубками для сбора газа и золы. Изобретение позволяет повысить эффективность газогенератора твердого топлива и упростить его конструкцию. 3 ил.

Изобретение относится области энергетики, предназначено для утилизации отходов на предприятиях аграрно-промышленного комплекса. Техническим результатом является повышение качества сжигания подстилочного помета и продление срока использования установки для сжигания топлива. Способ включает подачу помета на расположенную в топке колосниковую решетку, механическое перемешивание помета, подачу первичного воздуха в получаемый слой и газификацию помета, причем продукты газификации поднимаются вверх полости топки, дожиг продуктов газификации, а также вредных и зловонных газов, выделившихся из помета при управляемой подаче вторичного воздуха в область дожига, расположенную вверху полости топки. При этом в межтрубном пространстве теплообменных поверхностей, расположенных внутри топки после области дожига по ходу движения продуктов газификации, обеспечивают ламинарное движение потока уходящих газов, поступающих из упомянутой области дожига. 3 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способам газификации твердых видов углеродсодержащего топлива: бурых и каменных углей, сланцев и торфа. При газификации углеродсодержащих твердых видов топлива, включающей нагрев, пиролиз подаваемого в ванну с расплавленным шлаком герметичной электродной электропечи твердого углеродного топлива при пропускании через расплавленный шлак с твердым углеродным топливом газифицирующих агентов, а также пропускании электрического тока с помощью сформированной электрической цепи, включающей электроды, введенный в ванну электропечи и подину электропечи, удаление из рабочего пространства печи синтез-газа, шлака и металлического сплава, через расплавленный шлак с твердым углеродным топливом пропускают трехфазный электрический ток, величина которого определяется в соответствии с расходом твердого топлива и с учетом необходимой мощности, определяемой из выражения: P a = G ⋅ w э л 3600 ,     М В т , где G - расход твердого топлива в электропечи, кг/ч, wэл - удельный расход электроэнергии. Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности использования электрической энергии при осуществлении способа и повышение стабильности технологического процесса. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области переработки твердых бытовых и промышленных отходов с получением в качестве конечного продукта синтез-газа. Способ разрушения углеродо- и азотосодержащего сырья включает подачу углеродо- и азотосодержащего сырья в цилиндрический корпус, нагревание его, создание разрежения во внутренней полости корпуса, вывод газа и выгрузку зольного остатка. Внутреннюю полость корпуса предварительно прогревают перед подачей сырья в канал загрузки, поступающее непрерывно из канала загрузки сырье перемещают с помощью шнека и последовательно направляют в камеру начального разложения, нагревая до температуры 120-340°C с давлением 600-500 КПа, образовавшуюся влагу и первичный пиролизный газ отводят через газоотводную сетку в камеру дожига, подавая в нее дозировано кислород в составе воздуха до получения оксидов CO, NO, далее сырье подвергают разрушению сначала в первой зоне при температуре 340-1000°C и давлении 600-700 КПа, а затем во второй зоне при температуре 1700°C и давлении 900-700 КПа, при этом разрежение в зонах регулируют изменением разрежения в трубках контура разрежения, принадлежащих соответствующей зоне, кислород в составе воздуха в ствол корпуса подают через окно зольного канала. Изобретение позволяет увеличить степень разрушения сырья. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретения могут быть использованы для утилизации твердых бытовых отходов, отходов деревообработки, сельскохозяйственного производства и пищевой промышленности, а также для переработки твердых низкокалорийных продуктов, содержащих органическую составляющую. Способ включает воздействие последовательности тепловых импульсов, передаваемых от нагреваемых электрическими импульсами нагревательных элементов (14), размещенных в пиролизной камере (3) и разделяющих ее объем на локально нагреваемые ячейки. Длительность электрического импульса составляет 0,1-1,0 секунды, а мощность выбирают для обеспечения нагрева элемента до 450-500°С. Временной интервал между электрическими импульсами выбирают таким, чтобы обеспечить остывание элемента до 200-250°С. Выход парогазовой смеси осуществляют через отверстия (6) в стенках пиролизной камеры, конденсацию - на минимально расположенных, охлаждаемых поверхностях - конденсаторах (8). Устройство содержит загрузочную емкость (1), пиролизную камеру (3), емкости для приема жидких и твердых продуктов (9, 11) и нагревательные элементы (14), подсоединенные к источнику электропитания и обеспечивающие разделение на локально нагреваемые ячейки. Боковые стенки пиролизной камеры имеют отверстия для выхода парогазовой смеси (13), и на минимально возможном расстоянии от камеры расположены конденсаторы (8). Способ и устройство обеспечивают получение топливных продуктов и химикатов, могут быть использованы непосредственно на месте переработки сырья. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способам переработки несортированных твердых бытовых отходов (ТБО) посредством пиролиза и газификации в печи-реакторе с целью получения горючего газа и может быть использовано для термического уничтожения ТБО, хранящихся на полигонах крупных населенных пунктов. Техническим результатом является повышение эффективности технологии переработки ТБО. Способ включает поступление твердых бытовых отходов в нижнюю часть печи-реактора, подачу в верхнюю часть печи-реактора на горелки термогаза и подогретого воздуха, последовательные сушку, пиролиз и газификацию твердых бытовых отходов. Вывод продуктов термической переработки в виде термогаза из зоны пиролиза и газификации. Используют мобильную установку печь-реактор колпакового типа со сводовыми плоскопламенными горелками, которую устанавливают сверху на порцию слоя твердых бытовых отходов. После полного термического уничтожения порции слоя твердых бытовых отходов удаляют непереработанную неорганику, мобильную установку печь-реактор устанавливают на новую порцию слоя твердых бытовых отходов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретения могут быть использованы в сельском хозяйстве и в деревообрабатывающей промышленности. Способ термической переработки органосодержащего сырья включает загрузку сырья и его горизонтальное перемещение поршнем (2) по длине трубы через камеры конвективной сушки (3), пиролиза (4), конденсации (5). Полученные в камере конденсации (5) жидкую фракцию (18) и несконденсированные газы (17) выводят, а твердую фракцию (19) охлаждают и разгружают в камере разгрузки (6). Сырье в камере сушки (3) сушат конвективно, причем отношение n длины зоны сушки ℓ к длине зоны пиролиза L определяют как n = 0,01 W ( r + Δ r ) ( 1 − 0,01 W ) q n   Δ T n Δ T c k , где r - теплота испарения влаги со свободной поверхности, Δr - дополнительные потери тепла при сушке, кДж/кг исп.вл.; W - влажность сырья, %; qn - теплотворная способность сухого сырья, кДж/кг; ΔТn, ΔTс - перепад температур в зонах пиролиза и сушки, °C; k - отношение массы твердой фазы к массе сырья. Расход отработавшего агента сушки не превышает расход топочных газов. Устройство термической переработки органосодержащего сырья снабжено коллектором топочных газов (12), выполненным в виде кольцевой перфорированной части камеры пиролиза с живым сечением, при выполнении условия ΔPк<ΔPп, где ΔPк - потери напора в кожухе с вентилятором; ΔPп - потери напора в слое материала в пиролизной камере (4), и отсасывающим вентилятором (13) с задвижкой (14), регулирующей расход отработавшего агента сушки. Изобретения позволяют повысить интенсивность пиролизного процесса и повысить производительность устройства. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.
Изобретение относится к области переработки, обезвреживания и утилизации твердых бытовых отходов. Для термической утилизации отходов бурят скважину, проводят газификацию органических компонентов отходов при помощи контролируемого нагрева и подачи топлива с получением синтез-газа и его последующим выводом. При этом скважину бурят на полигоне захоронения отходов. Газификацию проводят непосредственно в массиве складированных отходов с помощью проложенной в скважине газовоздушной магистрали, которую перемещают внутри массива по вертикали путем погружения/извлечения подводящих и отводящих труб, а по горизонтали - путем бурения скважин по рассчитанной сетке с чередованием подводящих и отводящих труб. Изобретение обеспечивает стабилизацию массива отходов, сокращение энергозатрат и затрачиваемого времени.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в котельных агрегатах для утилизации птичьего помета, в том числе непосредственно на птицефабриках с целью выработки тепловой и электрической энергии, а также получения золы как ценного минерального удобрения. Техническим результатом является сжигание птичьего помета с полным дожигом вредных и зловонных газов. Способ предусматривает подачу птичьего помета в топочную камеру с организацией процесса сжигания в ее нижней слоевой части и дожигом генераторного газа и летучих в ее верхней части. При этом птичий помет подают в верхнюю вихревую часть топочной камеры с последующей его подсушкой при движении через данную часть под действием силы тяжести, а затем в последовательно расположенные слои (зоны) кипы нижней слоевой части топочной камеры: слой сушки и выделения летучих, слой раскаленного инертного кокса, восстановительный слой, окислительный слой выгорания кокса, слой охлаждения, грануляции и выгрузки золы, перемешиваемый шурующей планкой с подачей подогретого первичного воздуха через колосниковую решетку, на которой размещены перечисленные выше слои, с последующим дожигом генераторного газа и летучих в верхней вихревой части топочной камеры. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх