Газогенератор


 


Владельцы патента RU 2510414:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" (RU)

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к устройствам для получения энергетического газа путем смешения водоугольного топлива и воздуха с последующим горением этой смеси. Газогенератор выполнен в виде единой камеры 2 с футеровкой, несколькими группами 4, 5, 9 двухкомпонентных форсунок пневматического типа и отверстиями 12 встречного вдува воздуха. При таком исполнении зона горения и зона газификации организованы внутри единого объема камеры 2. Изобретение обеспечивает упрощение конструкции и повышение кпд газогенератора для получения энергетического газа из водоугольного топлива. 1 ил.

 

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к устройствам для получения энергетического газа путем смешения водоугольного топлива (ВУТ) и воздуха с последующим горением этой смеси.

В настоящее время в патентной литературе рассматриваются различные варианты установок для газификации водоугольного топлива. Например, известен газогенератор для газификации водоугольной суспензии и твердого топлива, включающий вертикальную реакционную камеру с кипящим слоем твердого топлива, газораспределительную решетку, выполненную с окном в центральной части, средство для подачи твердого топлива, расположенное в нижней части камеры под газораспределительной решеткой, золоотводящее устройство, отличающийся тем, что газогенератор снабжен размещенной в реакционной камере вертикальной перегородкой, делящей ее на отсеки газификации и сжигания топлива, укрепленными на перегородке наклонными тепловыми трубами, размещенными верхними конденсационными частями в отсеке газификации, а нижними, испарительными - в отсеке сжигания топлива, расположенными в окне газораспределительной решетки колошниковыми подпружиненными пластинами; газоплотными экранами, расположенными в отсеках и выполненными в виде вертикальных тепловых труб, соединенных с коллекторами, причем коллектор вертикальных тепловых труб, расположенных в отсеке газификации, сообщен с емкостью для водоугольной суспензии и с трубой для подачи водоугольной суспензии (Патент РФ 1775464, С10J 3/54, 1989 г.).

Недостатком известного газогенератора является то, что теплопередача из отсека сжигания в отсек газификации происходит только через разделяющую их перегородку, а не через всю боковую поверхность отсека газификации, причем лучистый тепловой поток из отсека сжигания в отсек газификации затруднен из-за наличия перегородки, что снижает температуру, а значит и скорость протекания реакций газификации ВУТ. Еще более усугубляет это то, что сжигание ВУТ или угля в кипящем слое проходит при более низких температурах (примерно на 200-300°С), чем при их распыливании, вследствие чего интенсивность процесса газификации ВУТ еще более снижается.

Известна установка плазмотермической переработки водоугольного топлива в синтез-газ, включающая бункер для угольной пыли, резервуар для окислителя, смеситель, диспергирующее устройство, насос для перекачки водоугольной суспензии, подогреватель, газодувку, дымовую трубу, газификационную колонну, теплообменник первой ступени газификационной колонны, закалочное устройство для синтез-газа, плазмореактор, теплообменник второй ступени газификационной колонны, распределитель газифицируемой смеси, плазменные источники, теплообменник для прокачивания горячего синтез-газа, устройство очистки синтез-газа, горелки и топочное устройство газификационной колонны (Патент РФ 2047650, С10J 3/18).

Недостатком известного технического решения является сложность установки, в которой процесс подогрева водоугольной суспензии протекает в две стадии, вначале в подогревателе предварительного подогрева водоугольной суспензии до 500-600 К, а затем в нижней части трубчатого теплообменника первой стадии газификации со сжиганием в теплообменнике части синтез-газа, а процесс газификации водоугольной суспензии протекает в три стадии, вначале в закалочном устройстве, являющемся выходной частью плазмореактора, затем в верхней части теплообменника, а затем в собственно плазмореакторе, а также необходимость использования для реализации третьего этапа газификации высокотемпературного плазмореактора, использование которого требует применения специальных материалов, стойких к воздействию высокой температуры (2500-3000 К) в химически агрессивной среде (СО2, Н2О и т.д.). В известной установке также завышены затраты энергии на производство синтез-газа, что связано с вводом парогазоугольной взвеси, состоящей из окиси углерода, углекислого газа, водорода, паров воды и непрореагировавших частиц угля, в плазмореактор, в котором в качестве реагента используются пары воды, что приводит к дополнительной балластировке газообразных продуктов газификации водяным паром и простейшими углеводородами, образующимися при высоких температурах 2500-3000 К. Используемая в установке схема взаимодействия плазменных струй пара со струями газифицируемой смеси, организация возврата непрореагировавших частиц органической части угля в реакционную зону до их полного превращения в газ в равной степени касается и твердых частиц, входящих в состав минеральной части угля, которые не реагируют с паровой фазой и вследствие чего будут накапливаться в высокотемпературной зоне плазмореактора. Вследствие высоких температур, создаваемых в плазмореакторе (2500-3000 К), и длительности пребывания в ней окислы металлов, входящих в состав минеральной части угля, расплавятся и станет возможным их химическое взаимодействие с углеродом с образованием металлов, их карбидов и окиси углерода, на что будет потрачена значительная часть энергии и что в целом понизит калорийность синтез-газа за счет обогащения его окисью углерода.

Известна также установка (Патент РФ 2217477, C10J 3/46, 2002 г.) для получения синтез-газа из водоугольного топлива, взятая за прототип изобретения, которая содержит бункер для дробленого угля, резервуар для воды и сообщенный с ними диспергатор для получения водоугольного топлива, вертикально установленный газогенератор с камерой газификации для водоугольного топлива и соединенный с ним сепаратор для разделения газообразных продуктов газификации и минеральных отходов, а также она снабжена распределительным устройством для водоугольного топлива, связанным с диспергатором и с камерой газификации для водоугольного топлива, которая выполнена в виде полого цилиндра с закрепленными на оси завихрителями потока, в нижней части которого размещены горелки для распыла водоугольного топлива, воды и углекислого газа, и снабжена снаружи коаксиально размещенным цилиндрическим кожухом с образованием камеры сжигания для водоугольного топлива, при этом кожух выполнен с крышкой с равномерно установленным на ней по периметру камеры сжигания горелками для подачи и распыла водоугольного топлива и с патрубком для подачи воздуха в камеру сжигания. Кроме того, она снабжена теплообменником-сепаратором продуктов сгорания водоугольного топлива, выполненным в виде последовательно установленных секций для отделения золы, воды, азота и секции для отделения углекислого газа, которая сообщена с камерой газификации, распределительным устройством для воды, сообщенным с секцией для отделения воды теплообменника-сепаратора, с диспергатором и камерой газификации, причем камера сжигания для водоугольного топлива связана посредством трубопроводов с теплообменником-сепаратором и распределительным устройством для водоугольного топлива.

Недостатком известного технического решения является сложность установки, в которой часть водоугольного топлива направляется в камеру сжигания, а другая часть в камеру газификации, продукты сгорания из камеры сжигания проходят через теплообменник-сепаратор для отделения углекислого газа, который затем передается в камеру газификации. В известной установке теплообмен между продуктами сгорания в камере сжигания и компонентами топлива в камере газификации организован не оптимально, так как в камерах сгорания (котлах) такого типа основным видом передачи тепла является лучистый теплообмен, а наличие стенки между камерой сжигания и камерой газификации препятствует лучистому теплообмену, что уменьшает эффективность передачи тепла на процесс газификации.

Изобретение направлено на упрощение конструкции и повышение КПД газогенератора для получения энергетического газа из водоугольного топлива.

Эта задача решается тем, что газогенератор, содержащий камеру газификации и группы форсунок, в отличие от известной установки выполнен в виде единой камеры с футеровкой, несколькими группами двухкомпонентных форсунок пневматического типа и с отверстиями встречного дополнительного вдува.

При таком исполнении зона горения и зона газификации организованы внутри единого объема камеры, а теплообмен между зоной горения и зоной газификации осуществлен за счет теплоемкости значительного количества азота в продуктах сгорания и лучистым тепловым потоком от ядра зоны горения напрямую к продуктам сгорания, что обеспечивает процесс газификации водоугольного топлива. Организованный вдув воздуха в газогенераторе через отверстия встречного дополнительного вдува обеспечивает

- стабилизацию фронта пламени процесса горения,

- эжектирование части продуктов газификации к зоне горения, что поддерживает процесс горения за счет образования обратных вихрей,

- избыток окислителя в ядре потока, что приводит к неравномерности соотношения компонентов топлива в поперечном сечении газогенератора, что соответственно способствует протеканию процессов горения и газификации параллельно последовательно, а также увеличивает площадь взаимодействия между зоной горения и зоной газификации и, следовательно, интенсифицирует лучистый теплообмен между ними.

Организованное в газогенераторе смесеобразование за счет установки нескольких групп форсунок с разной ориентацией относительно его продольной оси обеспечивает определенную степень неравномерности соотношения компонентов топлива в поперечном сечении газогенератора, что способствует протеканию процессов горения и газификации параллельно-последовательно и в итоге увеличивает содержание энергетического газа на выходе газогенератора. Установленная в газогенераторе футеровка обеспечивает теплоизоляцию камеры для уменьшения потерь тепла через его наружную стенку. Наличие нескольких групп форсунок с отдельными подводами топлива позволяет осуществлять ступенчатый запуск газогенератора и регулирование его тепловой мощности.

Принципиальная схема конструкции предлагаемого газогенератора представлена на прилагаемом чертеже.

Газогенератор содержит форсуночную головку 1, соединенную с камерой 2 и выходным конусом 3. В нижней части форсуночной головки 1 установлена центральная форсунка 4, вокруг которой концентрично установлена первая группа форсунок 5, коллектор подвода воздуха 6, запальное устройство 7, стабилизатор 8. В верхней части форсуночной головки 1 установлена вторая группа форсунок 9, коллектор подвода воздуха 10, коллектор дополнительного вдува воздуха 11 с отверстиями 12 встречного вдува воздуха. Первая группа форсунок 5 соединена с коллектором подачи ВУТ 13 посредством линий подвода 14. Вторая группа форсунок 9 соединена с коллектором подачи ВУТ 15 посредством линий подвода 16.

Газогенератор работает следующим образом. Пусковое горючее и воздух подаются в запальное устройство 7, где происходит воспламенение и горение смеси пускового горючего и воздуха. Затем пусковое горючее и воздух подаются в центральную форсунку 4, создающая смесь пускового горючего и воздуха, которая воспламеняется от факела запального устройства 7 и горит, причем зона горения данной смеси устанавливается на стабилизаторе 8. Продукты сгорания смеси пускового горючего и воздуха нагревают стенки камеры 2 до необходимой температуры. Затем в газогенератор подаются ВУТ через коллектор подачи ВУТ 13 по линиям подвода 14 в первую группу форсунок 5, воздух через коллектор подвода воздуха 6 в первую группу форсунок 5, ВУТ через коллектор подачи ВУТ 15 по линиям подвода 16 во вторую группу форсунок 9, воздух через коллектор подвода воздуха 10 во вторую группу форсунок 9, воздух через коллектор дополнительного вдува воздуха 11 и отверстия 12 встречного вдува воздуха. Двухкомпонентные форсунки пневматического типа первой группы форсунок 5 и второй группы форсунок 9 распыляют водоугольное топливо воздухом, полученная смесь горит в образовавшейся зоне горения, а остающийся уголь из зоны горения затем газифицирутся в зоне газификации, в результате чего на выходе газогенератора образуется энергетический газ, который может быть, например, отсепарирован от золы и направлен потребителю.

Предлагаемый газогенератор был спроектирован, изготовлен и испытан в виде демонстрационной установки.

Использование изобретения позволит упростить конструкцию и повысить кпд газогенератора.

Газогенератор, содержащий камеру газификации, линии подвода водоугольного топлива и группы смесительных элементов-форсунок, отличающийся тем, что в нем смесительные элементы выполнены в виде двухкомпонентных форсунок пневматического типа, которые установлены в форсуночной головке группами с отдельными линиями подвода водоугольного топлива к каждой из них, причем центральная форсунка и установленное в форсуночной головке запальное устройство имеют систему подвода пускового горючего, на форсуночной головке вокруг центральной форсунки установлен стабилизатор фронта пламени, первая группа форсунок расположена вокруг центральной форсунки концентрично в форсуночной головке, форсунки второй группы установлены в верхней части форсуночной головки газогенератора и направлены под разными углами к его продольной оси, а под этой группой форсунок установлен коллектор с отверстиями встречного дополнительного вдува воздуха в сторону форсуночной головки.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Получение синтез-газа газификацией жидкого или тонкоизмельченного твердого топлива кислородсодержащими газообразными агентами газификации происходит под давлением от 0,3 до 8 МПа в диапазоне температур от 1200 до 2000°C в охлаждаемом реакторе (3).

Изобретение относится к установке для производства синтез-газа с реактором, а также гидродинамически соединенным с ним газоохладителем/очистителем. .

Изобретение относится к способу получения жидкого углеводородного продукта (1), такого как биотопливо, из твердой биомассы (2). .

Изобретение относится к способу и устройству для выделения диоксида углерода и сульфида водорода из синтетического газа для превращения источника топлива в водород.

Изобретение относится к энергетике, в частности может использоваться для контроля проведения процесса газификации водоугольной суспензии (ВУС). .

Изобретение относится к энергетике, а именно к устройствам для пирогенеза углеродсодержащих материалов с целью получения твердого остатка - угля и высококалорийного пиролизного газа для энергоснабжения потребителей.

Изобретения могут быть использованы в энергетике и химическом синтезе. Способ получения синтез-газа с низким содержанием смол из биомассы включает разложение биомассы в первом реакторе кипящего слоя (3) на пиролизный газ и пиролизный кокс. Полученный пиролизный газ подают в качестве газа для образования кипящего слоя (5) в следующем реакторе кипящего слоя (11). Пиролизный кокс в виде мелких частиц выводят вместе с газом и подают в следующий реактор кипящего слоя (11) через сопловое днище (4). Изобретения позволяют получить синтез-газ с низким содержанием смол и азота при высоком кпд.2 н. и 35 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при получении СО- или Н2-содержащего газа газификацией содержащего золу топлива. Реактор содержит находящийся под давлением резервуар (2), внутри которого образована мембранной стенкой (3) реакционная камера (4), переходную зону (8), охлаждающую камеру (11), бункер для сбора шлака (12). В охлаждающей камере (11) вблизи образующих водяную пленку устройств расположен двустенный цилиндр с переливом охлаждающего средства. Камера (11) также содержит тангенциальный подвод охлаждающего средства и форсунки для разбрызгивания охлаждающей среды, обеспечивающей дополнительное охлаждение. Изобретение позволяет исключить повреждение стенок охлаждающей камеры за счет образования неразрывной водяной пленки. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Реактор газификации для производства СО- или H2-содержащего неочищенного газа путем газификации содержащего золу топлива с кислородсодержащим газом при температурах выше температуры плавления золы содержит находящийся под давлением резервуар и реакционную камеру, образованную мембранной стенкой из охлаждающих труб, причем между внутренней стенкой находящегося под давлением резервуара и мембранной стенкой образовано кольцевое пространство и предусмотрены элементы, такие как горелки, которые горизонтально проходят через стенку находящегося под давлением резервуара и мембранную стенку по существу в одной и той же плоскости. Для восприятия нагрузки от мембранной стенки последняя опирается непосредственно или опосредованно на входные трубопроводы охлаждающего средства или выходные трубопроводы смеси. Технический результат изобретения заключается в конструктивно простом и рациональном уменьшении напряжений в элементах реактора. 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к химической промышленности и предназначено для газификации содержащего золу топлива с кислородсодержащим газом. Реактор (1) газификации содержит находящийся под давлением резервуар (2), внутри которого расположена реакционная камера (4), образованная мембранной стенкой (3). Камера (4) соединена сужающимся переходным каналом (7) с камерой (11) охлаждения газа. В переходном канале (7) предусмотрены уменьшающие завихрения охлаждаемые ребра (9), под которыми расположен буртик с волнистой поверхностью, переходящий в уменьшенную в диаметре первую цилиндрическую стенку, имеющую первую кромку (18) для стекания капель. Первая цилиндрическая стенка окружена увеличенной в диаметре второй цилиндрической стенкой, на конце которой в направлении силы тяжести образована вторая кромка (10а) для стекания капель шлака. Вторая цилиндрическая стенка установлена с возможностью смещения по высоте относительно первой кромки. Изобретение позволяет обеспечить оптимальное стекание шлака. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретения могут быть использованы в химической промышленности. Способ деполимеризации пластмассовых отходов включает нагрев исходного твердого материала и получение в резервуаре или реакторе (311) с индукционным нагревателем (23) жидкой ванны легкоплавких металлов или металлических сплавов. Исходный твердый материал дозированно подают подающим устройством (11) в жидкую ванну легкоплавких металлов или металлических сплавов (3) с температурой от 50 °С до 550 °С. Изобретения позволяют проводить деполимеризацию пластмассовых отходов без их дополнительной обработки, без возникновения перегрева и отложений. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

Изобретение относится к соплу горелки и угольному газогенератору, содержащему сопло горелки. Сопло горелки содержит корпус сопла. Топливная труба и труба для газа, поддерживающего горение, предусмотрены в корпусе сопла. Труба для газа, поддерживающего горение, расположена вокруг наружной части топливной трубы. Выпускной конец трубы для газа, поддерживающего горение, продолжается дальше, чем выпускной конец топливной трубы. В трубе для газа, поддерживающего горение, предусмотрена отделяющая труба, которая отделяет трубу для газа, поддерживающего горение, как первую трубу для газа, поддерживающего горение, и вторую граничную трубу для газа. Вторая граничная труба расположена вокруг наружной части первой трубы для газа, поддерживающего горение. Выпускной конец топливной трубы продолжается дальше, чем конец отделяющей трубы. Техническим результатом является предотвращение износа конца трубы для газа, поддерживающего горение. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к газификатору биомассы с газификацией в перемещающемся потоке и способу газификации с использованием газификатора для получения синтез-газа из биотоплива в присутствии СВЧ-возбужденной плазмы. Газификатор содержит корпус печи, расположенный вертикально и содержащий впуск для топлива, в виде форсунок, выпуск для синтез-газа и выпуск для шлака, систему предварительной обработки топлива, расположенную снаружи корпуса печи и содержащую устройство дробления топлива, отсеивающее устройство, первый топливный контейнер для приема частиц топлива пригодного размера, второй топливный контейнер для приема частиц топлива непригодного размера и питающий бункер, нижняя часть которого соединена с корпусом печи посредством форсунок, и блок мониторинга. Слои микроволновых генераторов плазмы расположены параллельно у зоны газификации корпуса печи, и каждый слой микроволновых генераторов плазмы содержит от 2 до 4 впусков для рабочего газа. Изобретение обеспечивает высокоинтенсивную газификацию биомассы и экономическую эффективность. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение может быть использовано для получения синтез-газа. Микроволновой плазменный газификатор содержит вертикально расположенный цилиндрический корпус 2, питающее устройство 1, верхнюю форсунку 5 распыления пара, нижнюю форсунку 4 диоксида углерода/пара, выпуск для синтез-газа, блок мониторинга 6, микроволновой генератор плазмы, внешнее нагревающее устройство 9. Способ газификации биотоплива с использованием микроволнового плазменного газификатора заключается в том, что получают синтез-газ, смешивают его с плазменными окислителями и осуществляют внешний нагрев газификатора с помощью непрореагировавших углеродных остатков и материалов слоя, нагреваемых во внешнем нагревающем устройстве 9. Изобретение позволяет повысить содержание эффективных компонентов в синтез-газе, создать более эффективный и экономичный процесс полной утилизации в комбинации с получением различных видов энергий. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 пр.
Наверх