Когенерационная установка

Авторы патента:

F23G5/027 - со стадией пиролиза или газификации (пиролиз отстоя сточных вод C02F 11/00; деструктивная перегонка углеродсодержащих материалов C10B 53/00)

F23G5/00 - Сжигание отходов (специфических отходов F23G 7/00); конструкции мусоросжигательных печей; детали, принадлежности печей; управление печами

Владельцы патента RU 2792934:

Общество с ограниченной ответственностью "БиоЭнерджи" (RU)

Изобретение относится к оборудованию комбинированной термической переработки влажных твердых отходов органического происхождения. Технический результат - получение тепловой и электрической энергии. Газогенератор для газификации влажного топлива включает прямоугольный бункер, состоящий из двух частей: верхней для подсушки топлива и нижней для пиролиза, соединенный с камерой газификации, загрузочный люк, патрубок выхода газа, патрубок удаления влажного воздуха, воздушный пояс с фурмами и патрубком подачи воздуха, горловину, зольник, дутьевой вентилятор. Газогенератор снабжен узлом загрузки, конденсатором-осушителем, испарителем, концентратором кислорода, расположенным на линии подачи воздуха, нагревательными элементами, воздушной рубашкой и паровой рубашкой в нижней части газификатора, шнеком для удаления золы, фильтром тонкой механической очистки газов, рекуперативным теплообменником. При этом узел загрузки включает открытую рубашку в верхней части, заполненную сыпучим материалом. Загрузочный люк содержит отбортовку, размещаемую внутри рубашки, и крышку, соединенную с отбортовкой эластичным газонепроницаемым рукавом. Верхняя часть бункера для подсушки топлива сообщена с узлом загрузки шнековым питателем, изолирована от нижней части бункера для пиролиза секторным питателем, содержит нагревательные элементы в виде воздушной рубашки и цилиндрических элементов, расположенных внутри бункера и сообщающихся с воздушной рубашкой. Конденсатор-осушитель включает патрубок отвода конденсата, патрубки ввода и вывода воздуха, патрубок ввода влажного воздуха и патрубок вывода осушенного воздуха. Патрубок удаления влажного воздуха сообщается с патрубком ввода влажного воздуха конденсатора-осушителя, а патрубок вывода осушенного воздуха расположен соосно внутри патрубка вывода воздуха, образуя эжектор. Испаритель включает патрубок ввода жидкости из рекуперативного теплообменника, патрубок вывода пара, соединенный с паровой рубашкой в нижней части газификатора, и патрубок ввода газа, сообщающийся с патрубком выхода газа газогенератора. Воздушная рубашка в нижней части газификатора сообщается с воздушным поясом, содержит внутри два кольцевых затвора с возможностью вертикального перемещения. 1 ил.

Изобретение относится к оборудованию комбинированной термической переработки влажных твердых отходов органического происхождения с возможностью преобразования, получения тепловой и электрической энергии, на основе процессов пиролиза и газификации. Изобретение также пригодно для переработки сырых отходов деревообрабатывающей промышленности.

Известна установка для термической переработки твердых отходов, включающая камерную печь, состоящую из камеры сжигания с бункером для загрузки отходов и выходом для удаления золы, камеру дожигания, две циклонные камеры, расположенные рядом друг с другом и имеющие в верхней части тангенциальный ввод отходящих газов из камеры дожигания для равномерного омовения камер пиролиза, сообщенные газоходом с системой очистки отходящих газов, состоящую из последовательно соединенных скруббера, выполненного в виде трубы Вентури, приемной ванны, насадочного абсорбера, сепаратора и дымососа (см. патент РФ № 2400671, МПК F23G 5/027, F23G 5/14, F23G 15/00, 2010).

Недостатком данной установки является то, что после переработки остается значительно количество золы и углеродного остатка из камер пиролиза, который не имеет товарной ценности, вследствие неоднородности и загрязненности и требует последующей утилизации, а также то, что ценный продукт в виде горючего газа просто сжигается.

Известна установка пиролиза биомассы с системой получения энергии, включающая камерную печь, камеру газификации, циклон, паровой котел, паровую турбину и электрогенератор, (см. патент EP № 2985528, МПК F23G 5/027, F01K 27/00, C10B 53/02, 2014).

Недостатком данной установки является то, что она не позволяет перерабатывать органические отходы различного происхождения, а только растительную биомассу.

Известна газогенераторная установка, включающая газогенераторную топку, связанную газоходной трубой с теплообменником, имеющим входной патрубок для подвода воды, при этом топка образована вертикальным корпусом шахтного типа; колосниковую решетку; короба для размещения дверцы зольника и дверцы топки; цилиндрическую насадку, установленную на нижнем внутреннем участке верхней секции; козырек для направления потока генераторного газа, расположенный под насадкой; фильтр для отделения грязевых частиц от генераторного газа и устройство для подачи вторичного воздуха для сжигания газа перед теплообменником (см. патент РФ № 2263249, МПК F23B 1/14, 2003).

Недостатком данной установки является то, что она не предназначена для газификации влажного топлива, приводящее к плохому качеству получаемого на выходе генераторного газа, за счет которого снижается общая энергетическая эффективность.

Известна установка для обезвреживания и уничтожения твердых отходов, содержащая загрузочное устройство, камеру газификации с отверстиями вывода газообразных продуктов, камеру дожигания, приемный контейнер отходов (см. патент РФ № 2201552, МПК8 F23G 5/027, 5/14, 2003).

Существенным недостатком известной установки являются низкая энергетическая эффективность за счет больших тепловых потерь.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является газогенератор ЦНИИМЭ-17, включающий прямоугольный бункер, состоящий из двух частей: верхней для подсушки топлива и нижней для пиролиза, соединенный с камерой газификации; загрузочный люк, патрубок выхода газа, патрубок удаления влажного воздуха, воздушный пояс с фурмами и патрубком подачи воздуха, горловину, зольник, дутьевой вентилятор (см. Юдушкин Н.Г., Артамонов М.Д. Газогенераторные тракторы. - М.:МАШГИЗ, 1955).

Недостатком прототипа является низкая теплотворная способность производимого горючего газа в следствии его повышенной влажности, что снижает общую энергетическую эффективность установки по возможности выработки тепловой и электрической энергии.

Задачей изобретения является создание установки, перерабатывающей влажные твердые отходы, содержащие различные органические материалы, в том числе растительного происхождения, образующие при комбинированной термической переработке горючие газы с высокой теплотворной способностью для выработки тепловой и электрической энергии.

Техническая задача решается тем, что известный газогенератор, включающий прямоугольный бункер, состоящий из двух частей: верхней для подсушки топлива и нижней для пиролиза, соединенный с камерой газификации; загрузочный люк, патрубок выхода газа, патрубок удаления влажного воздуха, воздушный пояс с фурмами и патрубком подачи воздуха, горловину, зольник, дутьевой вентилятор, согласно изобретению, содержит узел загрузки; конденсатор-осушитель, испаритель, концентратор кислорода, расположенный на линии подачи воздуха, дополнительные нагревательные элементы, воздушную рубашку и паровую рубашку в нижней части газификатора, шнек для удаления золы, фильтр тонкой механической очистки газов, рекуперативный теплообменник, при этом узел загрузки включает открытую рубашку в верхней части, заполненную сыпучим материалом; загрузочный люк содержит отбортовку размещаемую внутри рубашки и крышку, соединенную с отбортовкой эластичным газонепроницаемым рукавом; верхняя часть бункера для подсушки топлива сообщена с узлом загрузки шнековым питателем, изолирована от нижней части бункера для пиролиза секторным питателем, содержит дополнительные нагревательные элементы в виде воздушной рубашки и цилиндрических элементов, расположенных внутри бункера и сообщающихся с воздушной рубашкой; конденсатор-осушитель включает патрубок отвода конденсата, патрубки ввода и вывода воздуха, патрубок ввода влажного воздуха и патрубок вывода осушенного воздуха; патрубок удаления влажного воздуха сообщается с патрубком ввода влажного воздуха конденсатор-осушителя, а патрубок вывода осушенного воздуха расположен соосно внутри патрубка вывода воздуха образуя эжектор; испаритель включает патрубок ввода жидкости из рекуперативного теплообменника, патрубок вывода пара, соединенный с паровой рубашкой в нижней части газификатора и патрубок ввода газа сообщающийся с патрубком выхода газа газогенератора; воздушная рубашка в нижней части газификатора сообщается с воздушным поясом, содержит внутри два кольцевых затвора с возможностью вертикального перемещения.

Решение технической задачи позволит перерабатывать влажные твердые отходы, содержащие различные органические материалы, в том числе растительного происхождения и повысить теплотворную способность газа для выработки тепловой и электрической энергии.

Когенерационная установка изображена на фиг.1.

Когенерационная установка содержит прямоугольный бункер 1, состоящий из двух частей: верхней для подсушки топлива 2 и нижней для пиролиза 3, соединенный с камерой газификации 4; узел загрузки 5 с загрузочным люком, конденсатор-осушитель 6, испаритель 7, концентратор кислорода 8, расположенный на линии подачи воздуха 9; патрубок выхода газа 10, патрубок удаления влажного воздуха 11, воздушный пояс 12 с фурмами 13, воздушную рубашку 14 и паровую рубашку 15 в нижней части газификатора, горловину 16, зольник 17, шнек для удаления золы 18, дутьевой вентилятор 19, фильтр тонкой механической очистки газов 20, рекуперативный теплообменник 39.

Когенерационная установка работает следующим образом.

Влажные твердые отходы, хранящиеся на улице и состоящие из различных органических материалов растительного происхождения в предварительно измельченном виде до размеров не более 70х70х70 мм, поступают в узел загрузки 5 и закрываются крышкой 21, соединенной с отбортовкой 22 эластичным газонепроницаемым рукавом 23, при этом отбортовка содержит цилиндрическую часть, размещаемую внутри открытой рубашки 24, заполненной сыпучим материалом, что позволяет изолировать верхнюю часть бункера от окружающей среды. В свою очередь крышка под своим весом опускается вниз, создавая эффект подпрессовки, которое обеспечивает предварительный отжим излишней не связанной влаги из отходов и удаление в резервуар 25. Для предотвращения попадания воды в прямоугольный бункер 1, шнековый питатель 26 установлен под углом 3 градуса относительно горизонтальной плоскости в сторону узла загрузки 5, чтобы образующаяся вода стекала в резервуар 25.

Отходы с помощью шнекового питателя 26 поступают в верхнюю часть бункера 2 для подсушки, в которой установлены дополнительные нагревательные элементы в виде воздушной рубашки 27, осуществляющей прогревание сырья по периферии, и цилиндрических элементов 28, осуществляющих прогревание отходов изнутри бункера. Полости цилиндрических элементов сообщены с воздушной рубашкой. При этом в зоне расположения воздушной рубашки 27 стенки прямоугольного бункера 1 имеют дополнительную внутреннюю теплоизоляцию 29.

Верхняя часть бункера для подсушки топлива 2 изолирована от нижней части бункера для пиролиза 3 секторным питателем 30, который не позволяет проходить образовавшимся пиролизным газам, из нижней части бункера в верхнюю часть бункера.

Воздух, подаваемый с помощью дутьевого вентилятора 19, проходит через концентратор кислорода 8, обогащается кислородом, затем поступает в конденсатор-осушитель 6, где нагревается за счет конденсации влажного горячего воздуха, отводимого из верхней части бункера 1, и выводится через патрубок 31.

Влажный горячий воздух из сушильной части бункера 2 попадает в конденсатор-осушитель 6 через патрубок ввода 32, где охлаждается и осушается, и транспортируется за счет эжектора 33, расположенный соосно патрубку вывода воздуха 31. Образовавшийся конденсат попадает в конденсатосборник 34.

Смесь осушенного и обогащенного воздуха через патрубок 35 поступает в воздушную рубашку 14 в нижней части газификатора, а затем попадает в воздушный пояс 12 с фурмами 13 и смешивается с горючими пиролизными газами. В результате окисления пиролизных газов в среде кислорода образуется двуокись углерода и пары воды, которые далее в камере газификации контактируют с раскаленным углеродным остатком с образованием горючего газа.

В зависимости от размера и вида отходов требуется регулирование начальной зоны окисления, что достигается подачей обогащенного кислородом воздуха на разные уровни путем перекрывания фурм за счет перемещения кольцевых затворов 36 в вертикальной плоскости.

Из нижней части газификатора образовавшиеся горючие газы поступают в нагревательные элементы 27 и 28 и выводится через патрубок 10.

Далее, для очистки от мелкодисперсных частиц горючие газы поступают в фильтр тонкой механической очистки газов 20 и после направляются в испаритель 7 который преобразует жидкость в пар за счет тепловой энергии газов, имеющих температуру на входном патрубке 43 более 700 ^оС. Пары жидкости через патрубок 37 за счет регулировочного сбросного клапана 38 подаются в паровую рубашку 15 в нижней части газификатора.

На выходном патрубке 44 испарителя 7, газы имеют температуру около 450°С и далее поступают в рекуперативный теплообменник 39, где газы остывают до 100°С, за счет предварительного нагрева жидкости для испарителя 7.

Жидкость для испарителя 7 собирается из емкостей 25 и 34 в центральный резервуар 40 который снабжен системой водозабора воды из внешних резервных систем в случае нехватки внутреннего объема жидкости. Далее посредством насоса высокого давления 41 жидкость нагнетается в рекуперативный теплообменник 39, где под давлением нагревается до температуры 115°С за счет высокой температуры горючих газов, поступающих из испарителя 7. После, нагретая жидкость поступает в испаритель 7 через патрубок 42 для превращения в пар.

Остывшие газы после рекуперативного теплообменника 39 поступают на итоговую очистку в фильтр тонкой механической очистки газов 45 от мелкодисперсных частиц и далее подаются на стандартное энергогенерирующее устройство 46 на базе газопоршневой системы с возможностью выработки как тепловой, так и электрической энергии. После, отработанные газы сбрасываются в атмосферу.

Для повышения температуры в зоне газификации путем уменьшения тепловых потерь устанавливается съемная керамическая горловина 16, которая свободно лежат на упорах.

Зола из камеры газификации попадает в зольник 17 через колосниковую решетку 47 снабженную механизированным шуровщиком 48.

Удаление золы осуществляют с помощью шнекового питателя 18 в нижней части зольника 17.

Совокупность технических решений заявляемой установки обеспечивает более широкий спектр ее применения в независимости от влажности, морфологии и фракции отходов, а стадийная переработка посредством пиролиза-окисления-газификации способствует существенному сокращению вредных выбросов в атмосферу. По расчетным и экспериментальным данным когенерационная установка позволяет получить горючий газ с высокой теплотворной способностью, содержащий значительное количество горючих компонентов.

В процессе возможно образование смеси горючих газов следующего состава:

Компоненты	Содержание, % об.
С_nН_m	10...19%
СH₄	33...45%
Н₂	24...38%
СО	11...18%
СО₂	1,5...3,5%

Полученный состав смеси горючих газов пригоден для использования как в теплоэнергетике, так и для генерации электрической энергии, что подтверждают экспериментальные данные и инженерные оценки производителей энергогенерирующих устройств на базе газопоршневых систем.

Газогенератор для газификации влажного топлива, включающий прямоугольный бункер, состоящий из двух частей: верхней для подсушки топлива и нижней для пиролиза, соединенный с камерой газификации; загрузочный люк, патрубок выхода газа, патрубок удаления влажного воздуха, воздушный пояс с фурмами и патрубком подачи воздуха, горловину, зольник, дутьевой вентилятор, отличающийся тем, что газогенератор снабжен узлом загрузки, конденсатором-осушителем, испарителем, концентратором кислорода, расположенным на линии подачи воздуха, нагревательными элементами, воздушной рубашкой и паровой рубашкой в нижней части газификатора, шнеком для удаления золы, фильтром тонкой механической очистки газов, рекуперативным теплообменником, при этом узел загрузки включает открытую рубашку в верхней части, заполненную сыпучим материалом; загрузочный люк содержит отбортовку, размещаемую внутри рубашки, и крышку, соединенную с отбортовкой эластичным газонепроницаемым рукавом; верхняя часть бункера для подсушки топлива сообщена с узлом загрузки шнековым питателем, изолирована от нижней части бункера для пиролиза секторным питателем, содержит нагревательные элементы в виде воздушной рубашки и цилиндрических элементов, расположенных внутри бункера и сообщающихся с воздушной рубашкой; конденсатор-осушитель включает патрубок отвода конденсата, патрубки ввода и вывода воздуха, патрубок ввода влажного воздуха и патрубок вывода осушенного воздуха; патрубок удаления влажного воздуха сообщается с патрубком ввода влажного воздуха конденсатора-осушителя, а патрубок вывода осушенного воздуха расположен соосно внутри патрубка вывода воздуха, образуя эжектор; испаритель включает патрубок ввода жидкости из рекуперативного теплообменника, патрубок вывода пара, соединенный с паровой рубашкой в нижней части газификатора, и патрубок ввода газа, сообщающийся с патрубком выхода газа газогенератора; воздушная рубашка в нижней части газификатора сообщается с воздушным поясом, содержит внутри два кольцевых затвора с возможностью вертикального перемещения.

Изобретение относится к устройствам для осуществления быстрого пиролиза углеродосодержащих отходов. Технический результат - обеспечение стабильного температурного режима по всей длине рабочей зоны перемещения сырья, стабильного температурного режима в зоне повторного пиролиза парогазовой смеси, обеспечение в зоне повторного пиролиза парогазовой смеси одной стабильной температуры и в тоже время в зоне повторного пиролиза парогазовой смеси обеспечение совершенно другой стабильной температуры, отличной от температуры рабочей зоны перемещения сырья.

Пиролизный реактор для переработки сырья // 2791118

Установка для утилизации отходов // 2788409

Изобретение относится к установке для утилизации отходов, генерации электрической энергии, фильтрации дымовых газов и очистки шлаков и пепла от вредных примесей. Технический результат – повышение производительности и упрощение конструкции установки для утилизации отходов с одновременным повышением безопасности и экологичности процесса утилизации, снижение габаритных размеров установки, расширение ее функциональных возможностей.

Способ пылеприготовления на тэс и устройство для его осуществления // 2788060

Группа изобретений относится к области теплоэнергетики, касается комплексной переработки и утилизации различных видов отходов и может быть применено на тепловых электрических станциях. Способ пылеприготовления на ТЭС заключается в измельчении твердого топлива, разделении полученного измельченного пылевидного топлива и горячего воздуха и подаче пылевидного топлива на сжигание в топке парового котла с образованием уходящих дымовых газов, причем дополнительно осуществляют пиролиз в баке газификации предварительно отсортированных и измельченных твердых бытовых отходов, подачу уходящих газов, образование в результате генераторного газа и твердого коксового остатка, генераторный газ подают на горелочные устройства парового котла и используют его в качестве подсветочного топлива, а твердый коксовый остаток с твердым топливом измельчают в шаробарабанной мельнице с подачей горячего воздуха для сушки, полученную пылевидную горючую смесь с воздухом подают в циклон, разделяют, воздух выводят в атмосферу, а пылевидную горючую смесь подают в промежуточный бункер, после чего направляют пылевидную горючую смесь на горелочные устройства парового котла для сжигания.

Способ и устройство для производства строительных конструкций при утилизации полимерных компонентов коммунальных и промышленных отходов // 2787878

Группа изобретений относится к охране окружающей среды и может быть использовано для переработки и утилизации полимерных компонентов коммунальных и промышленных отходов, а именно производства элементов строительных конструкций. Технический результат – повышение надежности и эффективности для производства строительных конструкций.

Установка для утилизации отходов // 2784299

Изобретение относится к оборудованию для утилизации промышленных и бытовых отходов. Технический результат – повышение производительности и упрощение конструкции установки для утилизации отходов с одновременным обеспечением экологичности процесса утилизации, снижение габаритных размеров установки, расширение ее функциональных возможностей, обеспечение утилизации промышленных и бытовых отходов с надлежащим качеством.

Способ переработки твёрдых бытовых отходов // 2780782

Изобретение относится к способам термической переработки твердых органических бытовых отходов. Способ переработки твердых бытовых отходов включает стадии магнитной сепарации и измельчения отходов до 5-10 мм, сушки рециркулирующими топочными газами, пиролиза твердых бытовых отходов с сепарацией пиролизных газов на горючие газы, пиролизное масло и воду, смешения угля с пиролизным маслом в соотношении 20:1 и экструдирования, повторного пиролиза гранул, охлаждения гранулированного угля, укупорки готовых угольных гранул.

Способ переработки твёрдых бытовых отходов // 2780782

Способ переработки отходов из полимерных, композитных и резинотехнических материалов и устройство для его осуществления // 2773469

Изобретение относится к способу переработки отходов производства и потребления из полимерных, композитных и резинотехнических материалов и устройству для его осуществления. Предложен способ, в котором формируют посредством расплавления ванну жидкометаллического теплоносителя, состоящего из одного или более металлов из группы: свинец, висмут, цинк, алюминий, медь, при этом перегревают теплоноситель на 50-150 °С выше температуры плавления, создают на поверхности расплава теплоносителя сепарирующий слой путем расплавления на поверхности расплава теплоносителя комплекса солей щелочных и щелочноземельных металлов и над сепарирующем слоем рафинирующий слой путем расплавления активных добавок, состоящих из щелочных и/или щелочноземельных металлов.

Установка для низкотемпературного термолиза твердых коммунальных и промышленных отходов // 2773396

Изобретение относится к установке для переработки твердых коммунальных и промышленных отходов с использованием низкотемпературного термолиза. Технический результат - повышение эффективности термолизной переработки ТКО с различными физико-механическими характеристиками, повышение качества получаемой продукции, а также эксплуатационной надежности трубчатого реактора и его устройств.

Способ выработки электроэнергии с использованием смеси природного и попутного нефтяного газа и газотурбинная установка с предварительным блоком смешивания природного и попутного нефтяного газа // 2791364

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в нефтедобывающих и газодобывающих отраслях промышленности для выработки электричества с применением природного и попутного нефтяного газа. Способ выработки электроэнергии с использованием смеси природного и попутного нефтяного газа в газотурбинной установке, заключающийся в том, что компрессор низкого давления всасывает наружный воздух, который частично сжимается и нагревается, при этом получают частично сжатый и частично нагретый воздух, далее частично сжатый воздух выходит из компрессора и направляется в компрессор высокого давления, где полностью сжимается и нагревается, при этом получают полностью сжатый и нагретый воздух, далее полностью сжатый и нагретый воздух поступает в камеру сгорания, при этом одновременно в камеру сгорания подают по топливным трубам смесь попутного нефтяного газа и природного газа в соотношении природный газ : попутный нефтяной газ = от 75-25% до 25-75%, получают газовоздушную смесь, далее происходит сжигание смеси природного газа и попутного нефтяного газа, при этом получают горячую струю газа, которая подается на лопатки турбины, совершая при этом полезную работу, раскручивая несущий вал, что, в свою очередь, приводит к выработке электроэнергии в генераторе, который подключен к несущему валу, после сжигания в воздухе топлива в камерах сгорания полученная горячая струя воздуха поступает на рабочие лопатки силовых турбин, совершая, тем самым, полезную работу на несущем валу, далее отработавший горячий газ выходит из силовых турбин, поступает в выхлопную полость и выходит через нее в окружающую среду.