Прямоточный газификатор

Авторы патента:


Прямоточный газификатор
Прямоточный газификатор
Прямоточный газификатор
Прямоточный газификатор
Прямоточный газификатор
Прямоточный газификатор
Прямоточный газификатор

 

F23B50/00 - Устройства для сжигания твердого топлива (для одновременного или попеременного сжигания кускового с другим видом топлива F23C 1/00; устройства для сжигания в псевдоожиженном слое F23C 10/00; сжигание низкосортного топлива и мусора F23G; колосниковые решетки F23H; подача твердого топлива в устройства для сжигания F23K; конструктивные элементы камер сгорания, не отнесенные к другим подклассам F23M; бытовые отопительные устройства F24; котлы центрального отопления F24D; автономные компактные котлы F24H)

Владельцы патента RU 2521383:

ГАСЕК ОЙ (FI)

Изобретение может быть использовано в химической промышленности, в частности для получения генераторного газа. Прямоточный газификатор содержит топливный бункер (14) для хранения топлива, подлежащего газификации, верхнее перекрытие (16а), образующее днище топливного бункера, один газификационный отсек (20) для газификации топлива, расположенный под верхним перекрытием, и средства для проведения газифицирующего воздуха в газификационный отсек. Верхнее перекрытие содержит несколько отверстий (30) для подачи топлива из топливного бункера в газификационный отсек. Под верхним перекрытием (16а) имеется нижнее перекрытие (16b). Под нижним перекрытием (16b) находится газификационный отсек (20). В верхнем и нижнем перекрытиях имеется несколько концентрических отверстий (30), ведущих из топливного бункера (14) в указанный газификационный отсек. Изобретение позволяет снизить требования к используемому топливу, снизить потребность в очистке генераторного газа при увеличении его выхода, а также обеспечить надежность газификатора. 5 з. п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к прямоточному газификатору, который содержит топливный бункер для хранения топлива, подлежащего газификации, верхнее перекрытие, образующее днище топливного бункера, по меньшей мере один газификационный отсек для газификации топлива, расположенный под верхним перекрытием, и средства для проведения газифицирующего воздуха в газификационный отсек.

Горючий генераторный газ можно получить из твердого топлива, например из древесной щепы, с использованием различных способов газификации. Газификаторы в соответствии с принципом их работы можно разделить на газификаторы с неподвижным слоем сырья, противоточные газификаторы, поперечноточные газификаторы и прямоточные газификаторы. Газификатор, используемый для прямоточной газификации, содержит вертикальный реактор, в котором происходит газификация топлива. Топливо подают в верхнюю часть реактора, из которой оно движется вниз под действием силы тяжести. Воздух, необходимый для газификации, подают в центральную часть реактора, а образующийся генераторный газ выходит из нижней части реактора.

В цитируемой публикации DE 102001180 описан газификатор древесины, который содержит цилиндрическую топливную камеру. В нижней части топливной камеры расположена коническая окислительная камера, в которой происходит пиролиз. Под окислительной камерой расположена камера сгорания. Вокруг окислительной камеры расположена камера, образующая кольцевой воздушный канал вокруг окислительной камеры. Воздух, необходимый для горения, подают в воздушный канал с помощью нагнетательного вентилятора, причем перед подачей в окислительную камеру его нагревают.

В цитируемой публикации GB 240226 А описано техническое решение газификатора, который содержит топливный бункер, а под ним одна в другой расположены две камеры сгорания - центральная камера сгорания и окружающая ее кольцевая наружная камера сгорания. Основная часть газообразования происходит в центральной камере сгорания. Назначением наружной камеры сгорания является главным образом ее функция как сушилки топлива.

Прямоточные газификаторы согласно предшествующему уровню техники имеют много недостатков. Топливо, используемое в газификаторах, должно быть как можно более сухим. Несмотря на использование сухого топлива, генераторный газ, полученный способами согласно предшествующему уровню техники, содержит значительное количество загрязнений и дегтевых соединений. Из-за проблем, связанных с очисткой, генераторный газ в настоящее время используют почти исключительно для получения тепловой энергии посредством сжигания генераторного газа. Количество генераторного газа, производимого прямоточным газификатором, ограничено, что затрудняет использование газификаторов в крупных электростанциях. Газификаторы также чувствительны к нарушениям работы, поскольку, если гаснет пламя в камере сгорания, то останавливается работа всего газификатора.

Задачей настоящего изобретения является предложение прямоточного газификатора, с помощью которого можно значительно уменьшить недостатки и затруднения, относящиеся к предшествующему уровню техники.

Задачи настоящего изобретения решены за счет прямоточного газификатора, который имеет характеристики, указанные в независимом пункте формулы изобретения. Некоторые предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Прямоточный газификатор согласно настоящему изобретению содержит топливный бункер для хранения топлива, подлежащего газификации, например - древесной щепы. Газификатор содержит верхнее перекрытие, которое образует днище топливного бункера. Под верхним перекрытием расположен по меньшей мере один газификационный отсек для газификации топлива. Кроме того, газификатор содержит средства для проведения газификационного воздуха, необходимого для газификации топлива, в газификационный отсек. Основная идея настоящего изобретения состоит в том, что верхнее перекрытие содержит несколько отверстий для проведения топлива из топливного бункера в газификационный отсек/газификационные отсеки. В прямоточном газификаторе согласно настоящему изобретению газификация топлива происходит в небольшом пространстве между нижней частью топливного бункера и верхней частью газификационного отсека. Если газификатор содержит несколько отверстий, ведущих из топливного бункера в газификационный отсек/отсеки, то газификация топлива происходит в нескольких местах, что увеличивает количество генерируемого генераторного газа.

Предпочтительный вариант осуществления прямоточного газификатора согласно настоящему изобретению предусматривает по меньшей мере два газификационных отсека, отделенных друг от друга, причем верхнее перекрытие содержит по одному отверстию, ведущему из топливного бункера в газификационный отсек, для каждого газификационного отсека. Предпочтительно прямоточный газификатор содержит три, четыре, пять или шесть газификационных отсеков, которые расположены в виде кольца под верхним перекрытием, предпочтительно - внутри круга, ограниченного стенками топливного бункера.

В другом предпочтительном варианте осуществления прямоточного газификатора согласно настоящему изобретению между каждым газификационным отсеком и верхним перекрытием имеется кольцевой охлаждающий канал, и газифицирующий воздух проводится через охлаждающий канал к газификационному отсеку. В газификаторе согласно настоящему изобретению тепло, выделяющееся в газификационном отсеке, не может неограниченно передаваться в топливный отсек, так как значительная часть тепла поглощается газификационным воздухом, протекающим через охлаждающий канал, за счет чего предотвращается нагревание топлива. Благодаря этому топливо не высыхает в топливном бункере, и пиролиз не может начаться, когда топливо еще находится в топливном бункере. В прямоточном газификаторе согласно настоящему изобретению начало пиролиза преднамеренно смещают как можно ближе к фазе газификации, а целью этого является предельное сокращение фазы пиролиза. Соответственно, газификация топлива происходит совсем иначе, чем в известных газификаторах, где цель состоит в том, чтобы высушить топливо в то время, когда оно находится в топливном бункере, и где пиролиз топлива начинается уже в топливном бункере.

Четвертый предпочтительный вариант осуществления прямоточного газификатора согласно настоящему изобретению дополнительно содержит распределитель топлива или улавливатель, устанавливаемый в топливном бункере для распределения топлива из топливного бункера через отверстия в газификационные отсеки. Распределитель топлива предпочтительно имеет форму конической детали, которая содержит лопасть; распределитель топлива устанавливают на верхнем перекрытии и с помощью опорного вала укрепляют на верхнем перекрытии так, чтобы он вращался вокруг своей продольной оси.

Пятый предпочтительный вариант осуществления прямоточного газификатора согласно настоящему изобретению под верхним перекрытием дополнительно содержит нижнее перекрытие. В этом варианте осуществления настоящего изобретения имеется всего один газификационный отсек, который расположен под нижним перекрытием. Верхнее и нижнее перекрытия содержат несколько концентрических отверстий, ведущих из топливного бункера в газификационный отсек.

В шестом предпочтительном варианте осуществления прямоточного газификатора согласно настоящему изобретению между верхним и нижним перекрытиями имеется охлаждающее пространство, и газификационный воздух проводится через охлаждающее пространство к газификационному отсеку. Поэтому значительная часть тепла, образующегося в газификационном отсеке, поглощается газификационным воздухом, протекающим через охлаждающее пространство, за счет чего предотвращается нагревание топлива.

Седьмой предпочтительный вариант осуществления прямоточного газификатора согласно настоящему изобретению содержит охлаждающий конус, встроенный в топливный бункер, и по меньшей мере один впускной канал, ведущий из среды, окружающей газификатор, внутрь охлаждающего конуса. Между охлаждающим конусом и охлаждающим пространством имеется по меньшей мере одно впускное отверстие для проведения газифицирующего воздуха из среды, окружающей газификатор, через охлаждающий конус в охлаждающее пространство. Впускной канал предпочтительно расположен между верхним перекрытием и нижним перекрытием.

В восьмом предпочтительном варианте осуществления прямоточного газификатора согласно настоящему изобретению газификационный отсек содержит камеру сгорания, которая имеет трехстенную структуру, состоящую из внутренней оболочки, промежуточной оболочки и наружной оболочки.

Преимуществом настоящего изобретения является то, что в нем предъявляются лишь небольшие требования к влажности или составу используемого топлива. В качестве топлива в газификаторе можно использовать относительно влажную, высушенную на воздухе (процентное содержание влаги 30-40 масс.%) сосну, березу, пихту или другие виды древесины в форме щепы с корой, а также биоотходы.

Кроме того, преимуществом настоящего изобретения является то, что в процессе газификации образуется очень мало дегтя, за счет чего потребность в очистке генераторного газа низка. Низкое содержание дегтя также обеспечивает возможность сжигания полученного генераторного газа в функционально чувствительных устройствах, таких как двигатели транспортных средств.

Еще одним преимуществом настоящего изобретения является то, что образуется большое количество генераторного газа, что увеличивает возможности использования газификатора на крупных электростанциях.

Следующим преимуществом настоящего изобретения является его функциональная надежность, поскольку газификатор содержит несколько камер сгорания, которые функционируют независимо друг от друга.

Далее изобретение будет описано более подробно. В ходе описания будут даны ссылки на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:

Фиг.1а - вертикальное сечение прямоточного газификатора согласно одному из примеров настоящего изобретения,

Фиг.1b - горизонтальное сечение прямоточного газификатора по Фиг.1a,

Фиг.1c - вертикальное сечение газификационного отсека прямоточного газификатора по Фиг.1a и 1b,

Фиг.1d и 1e - горизонтальное сечение газификационного отсека прямоточного газификатора по Фиг.1a и 1b,

Фиг.2a - вертикальное сечение прямоточного газификатора согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения,

Фиг.2b - горизонтальное сечение варианта осуществления, изображенного на Фиг.2a.

Фигуры 1a и 1b изображают пример прямоточного газификатора согласно настоящему изобретению. Фигура 1а изображает прямоточный газификатор в вертикальном поперечном сечении по плоскости сечения A-A, а Фигура 1b - в горизонтальном поперечном сечении по плоскости сечения B-B.

Газификатор содержит плоское верхнее перекрытие 16a, над которым расположен топливный бункер 14, который на нижнем конце является цилиндрическим, а на верхнем конце сужается в виде конуса. На верхнем конце топливного бункера расположено загрузочное отверстие для загрузки топлива в бункер. В качестве крышки загрузочного отверстия имеется крышка 12, которую можно герметично закрыть. Топливный бункер нижним концом неподвижно прикреплен к верхнему перекрытию 16a, предпочтительно посредством сварки.

Внутри топливного бункера 14 расположен распределитель 80 топлива конической формы. Распределитель топлива находится на верхней поверхности верхнего перекрытия, так что его верхушка направлена к загрузочному отверстию топливного бункера. Распределитель топлива также содержит лопасть 88 в форме пластины, нижний край которой направлен к верхней поверхности верхнего перекрытия. Лопасть одним концом прикреплена к наружной поверхности конической части распределителя топлива, а ее второй конец расположен вблизи от стенки топливного бункера. Через отверстие 84, расположенное в центре верхнего перекрытия 16а, проходит опорный вал 82, который направленным вверх первым концом неподвижно прикреплен к конической верхушке распределителя топлива. Вокруг отверстия расположены подшипники 86, которые обеспечивают вращение опорного вала в отверстии вокруг его продольной оси. Второй конец опорного вала 82 уходит под перекрытие 16a и соединен с приводным механизмом 90, который вращает опорный вал. С помощью приводного механизма опорный вал 82 и распределитель 80 топлива можно привести во вращательное движение.

В краевой зоне верхнего перекрытия 16а расположены сквозные отверстия 30. Отверстия размещены симметрично в виде кольца вокруг распределителя 80 топлива, так что он остается внутри круга, ограниченного стенками топливного бункера 14 (Фиг.1b). Под каждым отверстием под верхним перекрытием расположен газификационный отсек 20 прямоточного газификатора. В варианте осуществления, изображенном на Фиг.1а и 1b, имеется шесть газификационных отсеков, но их число может быть и иным, например - 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10 и более десяти.

В верхней части каждого газификационного отсека имеется кольцевой охлаждающий канал 18, причем верхнее перекрытие 16а образует стенку охлаждающего канала, обращенную к топливному бункеру. Газифицирующий воздух поступает в охлаждающий канал через впускную трубу 56 и впускное отверстие 57 в стенке охлаждающего канала и выходит из него через выпускное отверстие 58 после прохождения через весь канал (Фиг.1d). Из выпускного отверстия газифицирующий воздух идет по воздухопроводу 64 в зону предварительного нагрева газификационного отсека. Трубы 62 для генераторного газа, выходящие из газификационных отсеков, соединены с системой 92 сборных трубопроводов, с помощью которых генераторный газ, образующийся во всех газификационных отсеках, собирают для дальнейшего использования.

На Фиг.1с изображен пример газификационного отсека 20 прямоточного газификатора согласно настоящему изобретению в вертикальном поперечном сечении, а на Фиг.1d и Фиг.1е - в горизонтальных поперечных сечениях по плоскостям С-С и D-D. Во время эксплуатации газификационный отсек прямоточного газификатора находится в вертикальном положении согласно Фиг.1с. В дальнейшем, если для описания чертежей использованы выражения, описывающие направления, например -«вверх», «вниз», «вверху», «под», «на верхней поверхности» или «на нижней поверхности», то направления относятся к газификатору, находящемуся в положении, изображенном на соответствующем чертеже. Если газификатор находится в каком-либо ином положении, отличающемся от изображенного на чертеже, то выражения, описывающие направления, соответствующим образом изменены.

Газификационный отсек 20 прикреплен к нижней поверхности верхнего перекрытия 16а. Под верхним перекрытием находится нижнее перекрытие 16b, причем верхнее и нижнее перекрытия ограничивают расположенный между ними кольцевой охлаждающий канал 18, через который газифицирующий воздух, необходимый для газификации топлива, поступает в газификатор. Цилиндрическая наружная оболочка 38 газификационного отсека образует наружную стенку охлаждающего канала, а внутренняя оболочка 34 камеры 32 сгорания газификатора образует внутреннюю стенку охлаждающего канала. В части, расположенной выше охлаждающего канала 18, расположены устройства для хранения топлива и подачи его в газификационный отсек. Во время эксплуатации охлаждающий канал 18, расположенный между топливным бункером и камерой сгорания, функционирует как элемент конструкции, который снижает передачу тепла от камеры сгорания в топливный бункер.

Верхнее и нижнее перекрытия 16а, 16b, наружная оболочка 38 и внутренняя оболочка 34 образуют стенки кольцевого охлаждающего канала. Внутри охлаждающего канала расположена заслонка 48 (Фиг.1d), которая полностью перекрывает канал в одной точке. С одной стороны заслонки в наружной оболочке находится впускное отверстие 57, соединенное с впускной трубой 56, через которое газифицирующий воздух может поступать в охлаждающий канал, а с другой стороны заслонки находится выпускное отверстие 58, через которое воздух может выходить из охлаждающего канала в воздухопровод 64. Таким образом, газифицирующий воздух циркулирует, совершая по существу полный круг в охлаждающем канале.

Камера 32 сгорания газификационного отсека имеет трехстенную структуру, которая состоит из внутренней оболочки 34, промежуточной оболочки 36 и наружной оболочки 38. Тройная стенка обеспечивает относительно холодную наружную поверхность наружной оболочки 38. Внутренняя оболочка, которая образует самую внутреннюю поверхность стенки камеры сгорания, представляет собой цилиндрическую деталь, верхний край которой расположен на уровне верхнего перекрытия 16а, и которая через отверстия 30 в верхнем и нижнем перекрытиях доходит до дна камеры сгорания. Внутренняя оболочка прикреплена к краям отверстий в перекрытиях посредством сварки, причем одновременно она образует одну из стенок охлаждающего канала 18. На уровне нижнего края внутренней оболочки расположена круглая решетка 40. Решетка поддерживается двумя опорными кольцами 42, которые при помощи штифтовых соединений прикреплены к круглым стержням, которые в свою очередь прикреплены к опорному фланцу 45. Опорный фланец опирается на промежуточную оболочку, которая проходит ниже решетки. Такая конструкция позволяет отсоединение решетки и ее опорных структур. Через центральную часть решетки проходит вертикальный вал 46, первый конец которого выступает над решеткой, а второй конец проходит через стенку камеры сгорания в пространство, окружающее газификатор. Скребок 44 для золы в форме лопасти прикреплен к первому концу вала. Вал может быть приведен во вращательное движение приводным устройством (не изображено на чертеже), при этом скребок для золы вращается по поверхности решетки, и зола падает вниз через решетку. Удаление золы с решетки можно также осуществить таким образом, чтобы скребок для золы был неподвижно укреплен в камере сгорания, а решетка была прикреплена к концу поворотного вала. При этом вращение вала приводит решетку во вращательное движение.

На внутренней поверхности внутренней оболочки, немного ниже уровня нижнего перекрытия 16b, находится горизонтальный, имеющий форму кольца пламегаситель 50, который образует в верхней части камеры сгорания сужение, уменьшающее ее поперечное сечение. Пламегаситель представляет собой круглую деталь в форме пластины с отверстием в центре. Пламегаситель удерживается на месте так, что он обеспечивает движение тепла, за счет того, что нижнее опорное кольцо 52 прикреплено к внутренней стенке внутренней оболочки, сверху от него находится верхнее кольцо 54, а пламегаситель расположен в щели между опорными кольцами.

Внутреннюю оболочку окружает промежуточная оболочка 36, которая образует замкнутую поверхность стенки снаружи от цилиндрической боковой стенки внутренней оболочки и под решеткой 40. Промежуточная оболочка на верхнем крае загнута вовнутрь и соединена с внутренней оболочкой немного выше пламегасителя. Промежуточная оболочка предпочтительно изготовлена из стали, и ее верхний край соединен с внутренней оболочкой посредством сварки. Назначение промежуточной оболочки состоит в том, что она функционирует как изолятор для излучаемого тепла. Вокруг промежуточной оболочки расположена наружная оболочка 38, которая образует наружный корпус камеры сгорания. Пространство, окружающее камеру сгорания, образуется между наружной оболочкой и промежуточной оболочкой, и это пространство выполняет функцию пространства для предварительного подогрева газифицирующего воздуха. Верхнюю поверхность пространства для предварительного подогрева образует нижнее перекрытие 16b.

В стенке охлаждающего канала 18 имеется выпускное отверстие 58 (Фиг.1d), с которым соединен первый конец воздухопровода 64. Второй конец воздухопровода проходит через отверстие, имеющееся в наружной оболочке, в пространство между наружной оболочкой и промежуточной оболочкой ниже решетки. Через выпускное отверстие газифицирующий воздух может вытекать из охлаждающего канала в воздухопровод 64 и направляться по воздухопроводу дальше, к нижней части пространства для предварительного подогрева (Фиг.1с). В части, расположенной между нижним перекрытием и верхним краем промежуточной оболочки, пространство для предварительного подогрева ограничено внутренней оболочкой 34. Этот участок стенки пространства для предварительного подогрева, имеющий форму кольца и ограниченный внутренней оболочкой, оборудован воздушными форсунками 60, через которые газифицирующий воздух направляется из пространства для предварительного подогрева в пространство над пламегасителем. Предпочтительно здесь имеется шесть воздушных форсунок.

Труба 62 для отведения генераторного газа ведет из внутреннего пространства камеры сгорания во внешнее пространство газификатора. Первый конец трубы для отведения генераторного газа тангенциально прикреплен к промежуточной оболочке 36 (Фиг.1е) и проходит через стенку промежуточной оболочки. Второй конец трубы для отведения генераторного газа проходит через отверстие в наружной оболочке 38 и выходит в наружное пространство газификатора. В сквозном отверстии наружной оболочки и вокруг трубы для отведения генераторного газа имеется гибкое сильфонное уплотнение 66, которое обеспечивает герметичность сквозного отверстия даже в том случае, когда происходит движение тепла. В процессе эксплуатации ко второму концу трубы для отведения генераторного газа присоединен пусковой вытяжной вентилятор (пусковой вытяжной вентилятор не изображен на чертежах), с помощью которого запускается процесс газификации. Если газификатор соединен с двигателем, то работающий двигатель сам обеспечивает необходимое отсасывание генераторного газа. Если генераторный газ используют в качестве топлива в других прикладных задачах, то к концу трубы для отведения генераторного газа присоединяют отдельный вытяжной вентилятор для отсасывания генераторного газа.

Генераторный газ выходит из камеры сгорания через решетку 40 в пространство, расположенное между внутренней оболочкой и промежуточной оболочкой, а оттуда по трубе для отведения генераторного газа - в окружающую среду газификатора. Тангенциальное крепление трубы для отведения генераторного газа к промежуточной оболочке обеспечивает турбулентный поток генераторного газа под решеткой, который поднимает золу, образовавшуюся в камере сгорания, и уносит ее с собой. Зола удаляется из камеры сгорания вместе с генераторным газом, и ее отделяют от генераторного газа в отдельном скруббере (скруббер не изображен на чертежах), в котором газ также очищают от других загрязнений. Поэтому в прямоточном газификаторе согласно настоящему изобретению не требуется специального оборудования для удаления золы или люка для ее удаления.

Прямоточный газификатор согласно настоящему изобретению также содержит механизм зажигания, с помощью которого топливо, подлежащее газификации, воспламеняется (механизм зажигания не изображен на чертежах). В газификаторе можно использовать различные способы зажигания согласно предшествующему уровню техники, которые не описаны более подробно в данном описании. Предпочтительно механизм зажигания является автоматическим, работающим на сжиженном газе или электрическим.

Проточный газификатор согласно настоящему изобретению функционирует следующим образом. Открывают крышку 12 топливного бункера 14 и загружают в топливный бункер соответствующее количество топлива, при этом часть топлива стекает в камеры сгорания 32. В качестве топлива для газификатора можно использовать сосну, березу, пихту, иву или другие виды древесины в форме щепы с корой. Древесную щепу можно высушить на воздухе, при этом содержание влаги в ней может достигать даже 30-40 масс.%. После загрузки топлива крышку герметично закрывают. Прямоточный газификатор согласно настоящему изобретению также может быть оборудован автоматическим механизмом заполнения, содержащим шлюзовой питатель, с помощью которого топливо загружается в топливный бункер. Соответственно, нет необходимости открывать крышку топливного бункера на время загрузки топлива.

Включают вытяжной вентилятор, подсоединенный к трубе для отведения генераторного газа, и поджигают топливо в камере сгорания. За счет разрежения, создаваемого вытяжным вентилятором, газифицирующий воздух поступает в охлаждающий канал 18 через впускную трубу 56 и впускное отверстие 57 в начальном конце канала. Газифицирующий воздух выходит из охлаждающего канала через выпускное отверстие 58 в воздухопровод 64 и идет по воздухопроводу дальше в пространство для предварительного подогрева, расположенное между промежуточной оболочкой 36 и наружной оболочкой 38, откуда он через воздушные форсунки 60 выходит в камеру сгорания над пламегасителем 50.

В процессе эксплуатации прямоточного газификатора распределитель 80 топлива вращается, при этом лопасть 88 распределяет топливо через отверстия 30 в камеры сгорания 32. Топливо газифицируется в камере сгорания при высокой температуре в диапазоне от 1100 до 1300°С. Так как температура топлива, находящегося в топливном бункере, низка, то на практике процесс пиролиза в топливном бункере вообще не происходит. Также в топливном бункере не происходит значительного просушивания топлива, и топливо сохраняет почти исходный уровень влажности при поступлении в камеру сгорания. Таким образом, пиролиз происходит на очень коротком расстоянии между верхним перекрытием 16а и пламегасителем 50. В этой зоне температура быстро возрастает от примерно 80°С до 1100-1300°С. В прямоточном газификаторе согласно настоящему изобретению пиролиз топлива происходит при значительно более высокой температуре, чем в прямоточных газификаторах согласно предшествующему уровню техники. Кроме того, одновременно с пиролизом из влажного топлива испаряется большое количество воды, которая при высокой температуре может разлагаться на кислород и водяной пар. Образующийся водород увеличивает содержание водорода в генераторном газе. Из-за исключительно высокой температуры пиролиз происходит за значительно более короткое время, чем в технических решениях согласно предшествующему уровню техники.

Фиг.2а и Фиг.2b изображают пример второго предпочтительного варианта осуществления прямоточного газификатора согласно настоящему изобретению. На Фиг.2а изображено вертикальное поперечное сечение прямоточного газификатора, а на Фиг.2b - горизонтальное поперечное сечение по плоскости сечения Е-Е. Этот предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения содержит много таких же элементов конструкции, как на вышеописанных чертежах. Для этих элементов в описании были использованы такие же названия и такие же числовые обозначения.

Газификатор содержит цилиндрический наружный корпус 10, обращенный вверх конец которого содержит герметичную крышку 12, которую можно открывать. Внутри наружного корпуса на некотором расстоянии друг от друга находятся два по существу параллельных перекрытия - верхнее перекрытие 16а и нижнее перекрытие 16b, которые ограничивают расположенное между ними охлаждающее пространство 100. Наружный корпус газификатора образует наружную стенку охлаждающего пространства. Часть газификатора, расположенная ниже охлаждающего пространства, образует газификационный отсек 20 прямоточного газификатора, где происходит фактическая газификация топлива. Внутри наружного корпуса, над охлаждающим пространством 100, находится цилиндрический топливный бункер 14, который открыт с обоих концов, куда топливо, подлежащее газификации, загружают через крышку 12, которую можно открывать. В процессе эксплуатации охлаждающий канал 100, расположенный между топливным бункером и газификационным отсеком, функционирует как элемент конструкции, который эффективно снижает передачу тепла из газификационного отсека в топливный бункер. Нижний край топливного бункера опирается на подшипники и опорный фланец, расположенный на верхней поверхности верхнего перекрытия. В стенку наружного корпуса 10 встроено поворотное устройство 24 топливного бункера, с помощью которого топливный бункер может вращаться вокруг своей продольной оси.

Внутри топливного бункера, на верхней поверхности верхнего перекрытия, находится охлаждающий конус 102, верхушка которого направлена к верхнему концу топливного бункера. Нижний край охлаждающего конуса газонепроницаемо соединен с верхним перекрытием 16а. В верхнем перекрытии, в центре зоны, ограниченной охлаждающим конусом, находятся впускное отверстие 108 и четыре выпускных отверстия 110, симметрично расположенных вокруг него (Фиг.2b). Два впускных канала 106 проходят внутри охлаждающего пространства, причем первые концы этих каналов открываются в пространство, окружающее наружный корпус, а их вторые концы соединены с впускным отверстием 108. Соответственно, воздух может поступать в охлаждающий конус из внешней среды газификатора по двум впускным каналам. Из внутреннего пространства охлаждающего конуса воздух идет дальше через выпускные отверстия 110 в охлаждающее пространство 100.

Верхнее и нижнее перекрытия содержат несколько отверстий 30, через которые обеспечивается сообщение между топливным бункером 14 и газификационным отсеком. Отверстия расположены вокруг зоны охлаждения в виде кольца. На верхней поверхности верхнего перекрытия находятся улавливающие устройства 28, которые перемещают топливо, находящееся в топливном бункере и вращающееся вместе с топливным бункером, через отверстия в перекрытиях в газификационный отсек. В этом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения над охлаждающим пространством 100 находится топливный бункер, а под охлаждающим пространством - газификационный отсек 32. Через охлаждающее пространство проходит несколько отверстий 30, через которые топливо проходит из топливного бункера в газификационный отсек. На Фиг.2а и Фиг.2b в каждом перекрытии имеется по шесть отверстий, но возможно и иное число отверстий, например - 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10 и больше десяти.

Газификационный отсек в данном варианте осуществления настоящего изобретения конструктивно соответствует газификационному отсеку, изображенному на Фиг.1с и Фиг.1d, то есть он содержит камеру сгорания 32, которая имеет трехстенную структуру, состоящую из внутренней оболочки 34, промежуточной оболочки 36 и наружной оболочки 38. Между отверстиями 30 в верхнем и нижнем перекрытиях находится цилиндрическая загрузочная труба 104, верхний конец которой расположен на уровне верхнего перекрытия 16а, и которая проходит через отверстия 30 в верхнем и нижнем перекрытиях в газификационный отсек. Стенки загрузочных труб совместно с верхним и нижним перекрытиями и наружным корпусом 10 образуют стенки охлаждающего пространства 100. На внутренней поверхности каждой загрузочной трубы 104, ведущей из топливного бункера в камеру сгорания, немного выше уровня нижнего перекрытия 16b имеется горизонтальный пламегаситель 50 в форме кольца, который в верхней части камеры сгорания образует сужение, уменьшающее ее поперечное сечении. Труба для отведения генераторного газа ведет из внутреннего пространства камеры сгорания в наружное пространство газификатора (труба для отведения генераторного газа не изображена на чертеже). Первый конец трубы для отведения генераторного газа тангенциально прикреплен к промежуточной оболочке, а ее второй конец проходит через отверстие в наружной оболочке 38 и выходит в наружное пространство газификатора, как показано на Фиг.2d.

В наружном корпусе 10 в области охлаждающего пространства 100 имеется отверстие, к которому присоединен воздухопровод 64. Второй конец воздухопровода выведен через отверстие в наружной оболочке 38 в пространство между наружной оболочкой и промежуточной оболочкой ниже решетки. Воздухопровод содержит запорный клапан 112, с помощью которого при необходимости можно перекрыть поток газифицирующего воздуха в камеру сгорания. Газифицирующий воздух, подогретый в охлаждающем пространстве, может поступать по воздухопроводу в пространство для предварительного подогрева, расположенное между наружной оболочкой и промежуточной оболочкой. На участке между нижним перекрытием и верхним краем промежуточной оболочки пространство для предварительного подогрева ограничено стенкой загрузочной трубы 104. Этот участок стенки снабжен воздушными форсунками 60, через которые газифицирующий воздух поступает из пространства для предварительного подогрева в пространство, расположенное над пламегасителем. Предпочтительно в стенке каждой загрузочной трубы имеется шесть воздушных форсунок.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, изображенном на Фиг.2а и Фиг.2b, газифицирующий воздух вначале поступает в охлаждающий конус 102, а из него - через охлаждающее пространство 100 по воздухопроводу 64 в газификационный отсек. Таким образом, охлаждающий конус и охлаждающее пространство функционируют как элементы конструкции, эффективно ограничивающие перенос тепла из камеры сгорания в топливный бункер. Поэтому топливо, находящееся в топливном бункере, остается настолько холодным, насколько это возможно, и из него не испаряется влага.

Выше было описано несколько предпочтительных вариантов осуществления прямоточного газификатора согласно настоящему изобретению. Однако изобретение не ограничено техническими решениями, описанными выше, и идею изобретения можно осуществить разнообразными способами в рамках формулы изобретения. Например, можно осуществить прямоточные газификаторы, содержащие несколько раздельных газификационных отсеков, причем газификационные элементы расположены последовательно, а топливный бункер, расположенный над ними, имеет форму с прямоугольным поперечным сечением.

1. Прямоточный газификатор, содержащий топливный бункер (14) для хранения топлива, подлежащего газификации, верхнее перекрытие (16а), образующее днище топливного бункера, один газификационный отсек (20) для газификации топлива, расположенный под верхним перекрытием, и средства для проведения газифицирующего воздуха в газификационный отсек, причем верхнее перекрытие содержит несколько отверстий (30) для подачи топлива из топливного бункера в газификационный отсек/газификационные отсеки (20), отличающийся тем, что под верхним перекрытием (16а) имеется нижнее перекрытие (16b), а под нижним перекрытием (16b) находится газификационный отсек (20), причем в верхнем и нижнем перекрытиях имеется несколько концентрических отверстий (30), ведущих из топливного бункера (14) в указанный газификационный отсек.

2. Прямоточный газификатор по п.1, отличающийся тем, что между верхним перекрытием (16а) и нижним перекрытием (16b) имеется охлаждающее пространство (100), через которое газифицирующий воздух может проходить к газификационному отсеку(20).

3. Прямоточный газификатор по п.2, отличающийся тем, что он дополнительно содержит охлаждающий конус (102), установленный в топливном бункере (14), и по меньшей мере один впускной канал (106), ведущий из окружающей среды газификатора в охлаждающий конус, и между охлаждающим конусом и охлаждающим пространством имеется по меньшей мере одно выпускное отверстие (110) для проведения газифицирующего воздуха из окружающей среды газификатора через охлаждающий конус в охлаждающее пространство (100).

4. Прямоточный газификатор по п.3, отличающийся тем, что впускной канал (106) расположен между верхним перекрытием (16а) и нижним перекрытием (16b).

5. Прямоточный газификатор по п.3, отличающийся тем, что отверстия (30) расположены в виде кольца вокруг охлаждающего конуса (102).

6. Прямоточный газификатор по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что газификационный отсек (20) содержит камеру сгорания (32), которая имеет трехстенную структуру, состоящую из внутренней оболочки (34), промежуточной оболочки (36) и наружной оболочки (38).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в пылеугольных котлах. Способ сжигания топлива заключается в подаче топлива в топку, розжиге топлива, подаче воздуха в топку, дожигании топлива с дополнительной подачей воздуха с использованием накопителя тепловой энергии, отборе тепловой энергии; при этом направление газов от сгоревшего топлива осуществляют по восходящему лабиринтному газоходу, в наклонной части которого газы с не полностью сгоревшими частицами топлива пропускают вдоль керамических блоков накопителя тепловой энергии и дожигают, при этом подачу воздуха на дожигание топлива осуществляют при подходе потока газов с несгоревшим полностью топливом к накопителю тепловой энергии.

Изобретение относится к устройствам для сжигания древесных отходов переработки древесной биомассы и может найти применение в теплоэнергетике. Топка с наклонно-переталкивающей колосниковой решеткой содержит разделенную арочным сводом камеру сгорания, снабженную устройствами подачи топлива, устройства позонного ввода первичного воздуха под колосниковую решетку и вторичного воздуха в надслоевой объем через сопла, расположенные на боковых стенах в одной вертикальной плоскости, и камеру дожигания и охлаждения, соединенную с камерной сгорания выходным окном, расположенным над конечным участком первой зоны колосниковой решетки.

Изобретение относится к энергетике. Горелочное устройство содержит корпус с камерой газогенерации, соплом, воздуховодами и парогенератором водяного пара, состоящим из бачка-испарителя, паропровода, соединенного с паровой форсункой и непосредственно соединенного с бачком-испарителем, нижняя поверхность которого служит верхней поверхностью камеры газогенерации.

Котел // 2515568
Изобретение относится к промышленной теплоэнергетике и может быть использовано в бытовых и промышленных котлах. Предложен котел, содержащий вертикальную камеру газогенерирования, в стенах которой выполнены отверстия для ввода газов рециркуляции, опоясывающую с зазором стены камеры рубашку, потолочное окно загрузки топлива, подовое перекрытие, имеющее решетку для выпуска зольных частиц и генераторного газа, с размещенными над ней соплами для ввода первичного воздуха, вертикальным цилиндрическим патрубком с отверстиями для вывода влаги и летучих веществ, ось симметрии которого совмещена с вертикальной осью симметрии камеры газогенерирования, горизонтальную камеру сгорания с горизонтальной осью симметрии, опоясывающую с зазором для прохода воды рубашку, потолочное перекрытие, имеющее окна для ввода генераторного газа и выпуска продуктов сгорания, подовое перекрытие, вертикальный газоход с нагревателями воды и воздуха, подовым перекрытием, имеющим окно ввода продуктов сгорания, и потолочным перекрытием, имеющим окно вывода продуктов сгорания в дымовую трубу, причем решетка для выпуска зольных частиц и генераторного газа камеры газогенерирования размещена в окне для ввода генераторного газа камеры сжигания, а окно для вывода продуктов сгорания камеры сжигания совмещено с окном ввода продуктов сгорания газохода.

Изобретение может быть использовано в химической, металлургической и энергетической областях. Слоевой газификатор непрерывного действия представляет собой аппарат шахтного типа на обратном дутье и состоит из топки с охлаждаемой колосниковой решеткой (1), питателя (2) непрерывной подачи топлива в топку и узла (3) отгрузки кокса и золы, который расположен в нижней части.

Изобретение относится к устройствам для сжигания растительных отходов, в частности льняной мякины. Топка для сжигания льняной мякины содержит накопительный бункер с дозирующим шнеком, топочную камеру с колосниковой решеткой и механизм золоудаления.

Изобретение относится к теплоэнергетике. При использовании в топках котлоагрегатов водоугольного топлива (ВУТ) проблемой является падение температуры в модуле подготовки топливной смеси при подаче ВУТ, что отрицательно влияет на процесс газификации топлива, в результате чего образуется недостаточное количество газовой составляющей для надежного пуска котла из холодного состояния и поддержания стабильного горения на низких нагрузках.

Изобретение может быть использовано для утилизации горючих отходов, биомассы или иных веществ, содержащих углерод и водород, с целью получения горючих газов. Способ включает подачу в реактор топлива воздуха, их смешивание, сгорание смеси и/или газификации содержащейся в ней твердой основы.
Изобретение относится к способу получения тепловой и электрической энергии из возобновляемых источников. Способ включает сбор растительного сырья, его измельчение и термофильное сбраживание в метантенках с подачей полученного биогаза в газгольдеры с последующим использованием биогаза для получения тепловой и электрической энергии, загрузку сырья производят в метантенки последовательно с интервалом, равным времени сбраживания и разгрузки метантенка, пульпу после сбраживания направляют на двухстадийное механическое обезвоживание до относительной влажности 40-50% с последующей сушкой полученного концентрата до абсолютной влажности 50-60%, полученный концентрат направляют в качестве топлива на сжигание в топке котельной установки с выработкой пара энергетических параметров для производства электроэнергии, а отходящие газы из котельной установки делят на два потока, один из которых направляют на сушку концентрата, а другой поток - на подогрев растительного сырья в метантенках до температуры термофильного сбраживания.

Изобретение может быть использовано в области энергетики, газовой, угольной и химической отраслях промышленности. Способ сжигания твердого топлива включает подачу его в шлаковый расплав топки, барботирование расплава кислородсодержащим газом или газообразным кислородом, сжигание и вывод продуктов сгорания из топки.

В трубе (6) шнекового транспортера расположены два раздельно управляемых шнека. Между первичным, приводимым в действие двигателем (12), и вторичным, приводимым в действие двигателем (11), шнеками происходит уплотнение биомассы под действием высокого давления вследствие разной скорости вращения двигателей таким образом, что образуется практически газонепроницаемая пробка (13).

Изобретение относится к средствам переработки твердого топлива, а точнее касается установок для переработки твердого топлива в горючий газ. .

Изобретение относится к устройствам для газификации твердых топлив и может быть использовано для газификации торфа, торфяных брикетов, дров, древесных отходов, растительных остатков, бытового и промышленного мусора, в установках для отопления различных помещений, подогрева воды и воздуха, сушки влажных материалов, зерна топлив и других целей.
Наверх