CZ2010129A3 - Energetická jednotka pro výrobu elektrické energie z plynu, vyvinutých z biomasy a z uhlíkatých surovin a zpusob její cinnosti - Google Patents

Abstract

Vynález se týká energetické jednotky pro výrobu elektrické energie z plynu, vyvinutých z biomasy a uhlíkatých surovin, kde jednotka obsahuje alespon sekci vyvíjece smesného plynu, obsahujícího také spalitelné složky typu CO, CH.sub.4.n., H.sub.2.n., spalovací sekci techto spalitelných složek, upravenou pro dosažení a udržování teploty spalin alespon 1.200 .degree.C, a sekci výroby elektrické energie. Podstata spocívá v tom, že sekce (1) vyvíjece smesného plynu, obsahujícího také spalitelné složky typu CO, CH.sub.4.n., H.sub.2.n., je vytvorena jako vysokotlaký plynový generátor (10). Spalovací sekce (2) spalitelných složek, upravená pro dosažení a udržování teploty spalin alespon 1.200 .degree.C, je vytvorena jako vysokoteplotní reformátor (20) s plynovým horákem (21) a sekce (3) výroby elektrické energie je vytvorena jako turbogenerátorové soustrojí (80). Mezi plynový horák (21) a turbogenerátorové soustrojí (80) je zarazen alespon výmeník (30) tepla a turbokompresorová jednotka (50), kde výmeník (30) tepla je upraven pro chlazení plynu z plynového horáku (21) a soucasne pro ohrívání alespon spalovacího vzduchu, vedeného z príslušné sekce (32) výmeníku (3) tepla, k plynovému horáku (21), a zplynovacího vzduchu, vedeného k žárovému pásmu (14) vysokotlakého plynového generátoru (10). Výmeník (30) tepla je napojen na svém výstupu ješte na turbínový vstup turbíny (51) turbokompresorové jednotky (50), jejíž plynový výstup je napojen na turbínový vstup turbíny (81) turbogenerátorového soustrojí (80). Další podstatou je ješte zpusob cinnosti tohoto zarízení, kde jsou blíže urceny pomery teplotní, tlakové a casové pri práci popsané energetické

Description

Energetická jednotka pro výrobu elektrické energie z plynů, vyvinutých z biomasy a z uhlíkatých surovin a způsob její činnosti

Oblast techniky

Vynález se týká energetických zdrojů, využívajících biomasu, přičemž biomasa nemusí být jediným zdrojem energie. Jedná se o zařízení a způsob, kde se vyrábí elektrická energie spalováním pyrolýzního plynu, vyvinutého z biomasy a případně také z ostatních spalitelných uhlíkatých surovin, například z uhlí, ropy, apod.

Dosavadní stav techniky

V současnosti jsou v oblasti energetického využití biomasy známa různá energetická zařízení, která vyrábějí elektrickou energii v návaznosti na spalování pyrolýzního plynu, vzniklého pyrolýzním zplyněním biomasy. Například je známo zařízení, popsané ve spise CZ 293431, kde se jedná o spalování pyrolýzního plynu, vzniklého z vysušených štěpků, a to spalování v motorgenerátorové jednotce, sestavené spojením elektrického generátoru s pístovým spalovacím motorem s vnitřním spalováním. Nevýhoda uvedeného zařízení spočívá tom, že běžně používané pístové spalovací motory byly vyvinuty pro spalování tekutého paliva typu benzínu, nafty, nebo případně zemního či podobného plynu, které vykazují ovšem podstatně větší výhřevnost, než pyroiýzní plyn a při použití takových motorů pro spalování pyrolýzního plynu se potom projevují problémy jednak s nízkou účinností změny tepelné energie na mechanickou, která se pohybuje okolo 27%, jednak nastávají problémy se životností a spolehlivostí takových motorů, protože pyroiýzní plyn způsobuje jednak svým složením a jednak nižšími spalovacími teplotami zanášení například ventilů dehtem. I kdybychom pominuli problémy se spolehlivostí provozu, která ovšem u energetických zařízení je velmi podstatná, pak zásadním l

problémem je vysoká nákladovost zařízení jako následek krátké životnosti uvedených motorů. Alternativa k běžným a relativně levným motorům, vyráběným ve velkých sériích, by byly motory, vyvinuté speciálně pro spalování pyrolýzniho plynu, ale zde by zase cena takových motorů, vyráběných v relativně malých sériích, byla tak vysoká, že ekonomicky by tato varianta také nakonec nebyla reálná.

Další nevýhodou dosavadních běžných energetických jednotek popsaného typu je, že tyto jednotky není jednoduchým způsobem možno sestavovat či upravovat tak, aby se dosáhlo široké variability výkonů, potřebné pro různé požadované výkony připojovacích míst v rozvodných sítích.

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody se v podstatné míře redukují a energetická jednotka, upravená pro využití biomasy a přitom vykazující vysokou životnost a spolehlivost, kde se navíc dosahuje vysoké účinností přeměny energií i vysoké variability výkonu, a to současné za přijatelných investičních i provozních nákladů, se získává u energetické jednotky pro výrobu elektrické energie z plynů, vyvinutých z biomasy a uhlíkatých surovin, kde jednotka obsahuje alespoň sekci vyvíječe směsného plynu, obsahujícího také spalitelné složky typu CO, CH₄, H₂, spalovací sekci těchto spalitelných složek, upravenou pro dosažení a udržení teploty spalin alespoň 1200°C, a sekci výroby elektrické energie a kde podstata spočívá vtom, že sekce vyvíječe směsného plynu, obsahujícího také spalitelné složky typu CO, CH₄, H₂. je vytvořena jako vysokotlaký plynový generátor, spalovací sekce těchto spalitelných složek, upravená pro dosažení a udržení teploty spalin alespoň 1200°C, je vytvořena jako vysokoteplotní reformátor s plynovým hořákem a sekce výroby elektrické energie je vytvořena jako turbogenerátorové soustrojí, přičemž mezi plynový hořák a turbogenerátorové soustrojí je zařazen alespoň výměník tepla a turbokompresorová jednotka, kde výměník tepla je upraven pro chlazení plynů z hořáku a současně pro ohřívání alespoň spalovacího vzduchu, vedeného k hořáku, a zplyňovacího vzduchu, vedeného k žárovému pásmu vysokotlakého plynového generátoru, kde tento výměník tepla je napojen na svém výstupu ještě na turbínový vstup turbokompresorové jednotky, jejíž plynový výstup je napojen na vstup turbogenerátorového soustrojí. Výhodné je, jestliže vysokotlaký plynový generátor sestává ze zásobníku paliva se sekundárním palivovým vstupem a se sekundárním palivovým výstupem, opatřeným dávkovacím turniketem a propojeným vnitřním palivovým dopravníkem do plynojemu, na jehož vstupu je upraveno žárové pásmo a jehož výstup je napojen na vstup vysokoteplotního reformátoru. S výhodou potom před sekundární palivový vstup, upravený u palivového zásobníku vysokotlakého plynového generátoru, je zařazena sušárna paliva, s primárním palivovým vstupem pro nevysušené palivo a se sušícím vstupem, propojeným na spalinový výstup turbíny turbogenerátorového soustrojí, kde primární palivový výstup sušárny paliva je propojen na sekundární palivový vstup palivového zásobníku vysokotlakého plynového generátoru, a to pomocí vnějšího palivového dopravníku, přičemž výstup sušících plynů s vodní párou, odejmutou sušenému palivu, je zaveden do komína, vybaveného vodním odlučovačem s kondenzátovým výstupem. Výhodné je také, jestliže výměník tepla obsahuje ještě sekci vyvíječe páry, s vodním vstupem a s parním výstupem, jehož vodní vstup je napojen na kondenzátový výstup vodního odlučovače komína sušárny paliva a jehož parní výstup je napojen na plynový vstup turbokompresorové jednotky. S výhodou ještě kondenzátový výstup vodního odlučovače komína sušárny je propojen do žárového pásma plynojemu. Dále pak také je výhodné, jestliže v energetické jednotce je ještě zařazen motor s vnějším spalováním, obsahující vnějším teplem ohřívanou část a pro odvod tepla upravenou chlazenou část, kde výměník tepla energetické jednotky obsahuje ještě sekci ohřevu ohřívané části motoru s vnějším spalováním, který je k výměníku tepla přiřazen a který je na svém mechanickém výstupu propojen s generátorem elektrického proudu. S výhodou potom ještě chlazená část motoru s vnějším spalováním je provedena jako výměník, upravený pro ohřev teplé užitkové vody, nebo alternativně pro ohřev vzduchu, vstupujícího do kompresoru turbokompresorové jednotky. Zejména je výhodné, jestliže motorem s vnějším spalováním je motor typu Stirling. Dále je výhodou, jestliže v zásobníku paliva je upraven mechanický měřič množství paliva. Výhodou je také, jestliže v plynojemu je upraven pákový mechanismus s ukazatelem dávky paliva, vstupujícího do plynojemu ze žárového pásma. S výhodou na vzduchovém vstupu kompresoru turbokompresorové jednotky je zařazeno vzduchové dmýchadlo. Toto vzduchové dmýchadlo je s výhodou poháněno elektromotorem, napájeným nízkým napětím z měniče napětí. Také je výhodné, jestliže mezi plynový výstup z turbíny turbogenerátorového soustrojí a sušící vstup sušárny paliva je zařazeno plynové dmýchadlo. Případně může být výhodné, jestliže do přívodu vody k parnímu generátoru, resp. k žárovému pásmu, je zařazen za kondenzátový výstup odlučovače vody komína sušárny paliva vodojem, za ním pak čerpadlo a na jeho výstupu potom vodárna s tlakovou nádobou, kde za výstupem z tlakové nádoby je, v rozvětvené části potrubí za tímto výstupem, do přívodu vody ke generátoru páry zařazen první tlakový regulátor a do přívodu vody k žárovému pásmu zařazen druhý tlakový regulátor. Konečně je pro dosažení automatizace chodu celé energetické jednotky výhodné, jestliže energetická jednotka je vybavena řídícím systémem, obsahujícím řídící jednotku, propojenou na svém vstupu alespoň s infrakamerou, upravenou pro sledování teploty, tvaru a barvy plamene v hořáku vysokoteplotního reformátoru a s čidly CO, CO2 a O2, umístěnými v plynovém výstupu turbíny turbogenerátorového soustrojí, a propojenou na svém výstupu alespoň s prvním regulačním ventilem ohřátého vzduchu pro hořák vysokoteplotního reformátoru a s druhým regulačním ventilem ohřátého vzduchu pro žárové pásmo plynojemu. Výhodné může být také, jestliže na výstup z řídící jednotky je připojen ještě dávkovači turniket.

Další podstatou je potom způsob činnosti této energetické jednotky, který spočívá vtom, že palivo se vysušuje v sušárně paliva, poté se dopravuje do zásobníku, odkud dále postupuje a dávkuje se pres dávkovači turniket do žárového pásma na vstupu do plynojemu, přičemž v žárovém pásmu se palivo ohřívá přiváděným ohřátým vzduchem a vstupuje do plynojemu, kde se udržuje na teplotě alespoň 950°C, za tlaku 5 až 7 barů, a to při svém průchodu plynojemem po dobu alespoň 1 sekundy, načež z plynojemu je vzniklá plynná složka vedena do hořáku vysokoteplotního reformátoru, kde se udržuje teplota 1200 až 1300°C a to pro dosažení degradace toxických složek, především typu dehtů a dioxinů, načež se tyto plyny vedou dále do chladiče, kde se snižuje jejich teplota na teplotu danou povolenými a/nebo optimálními parametry pro vstup do následné zařazené turbíny turbokompresorové jednotky a za ní zařazené turbíny turbogenerátorového soustrojí, přičemž v turbokompresorové jednotce se z takto vstupujících plynů získává energie pro přívod ohřátého vzduchu pro žárové pásmo a pro hořák vysokoteplotního reformátoru a v turbíně turbogenerátorového soustrojí se z těchto plynů získává energie pro výrobu elektrického proudu v generátoru tohoto turbogenerátorového soustrojí, načež konečně plyny, vystupující z turbíny turbogenerátorového soustrojí, jsou vedeny do sušárny paliva, kde se pomocí nich snižuje vlhkost paliva, která se pak odebírá ve formě kondenzátu na výstupu ze sušárny paliva a zavádí se ve formě vody do generátoru páry, kterážto pára se přidává k plynům, vstupujícím do turbíny turbokompresorové jednotky, a kterážto vlhkost se ještě zavádí ve formě vody do žárového pásma vysokoteplotního reformátoru. S výhodou tento způsob může být doplněn o další generování elektrického proudu, provedené motorgenerátorovou jednotkou na bázi motoru s vnějším spalováním, kde teplo pro činnost tohoto motoru se odvádí ze spálených plynů mezi fází spalování v hořáku vysokoteplotního reformátoru a fázi chlazení plynů před vstupem do turbíny turbokompresorové jednotky. Celkově je především výhodné, jestliže způsob činnosti je řízen řídícím systémem, kde se podle zjištěných parametrů plamene v hořáku vysokoteplotního reformátoru a podle údajů čidel CO, CO2 a O2, umístěných v plynovém výstupu turbíny turbogenerátorového soustrojí, kteréžto údaje se zpracovávají v počítači řídící jednotky tohoto řídícího systému, regulují alespoň vstupy ohřátého vzduchu do žárového pásma plynojemu a do hořáku vysokoteplotního reformátoru. S výhodou se ještě řídící jednotkou reguluje činnost dávkovacího turniketu na výstupu ze zásobníku paliva.

Tímto zařízením a zejména při práci zařízení výše popsaným způsobem, se dosahuje vytvoření energetické jednotky, která je optimálně vytvořena a způsobem činnosti přizpůsobena pro ekonomické a současně i ekologické využití především biopaliva, například dřevního odpadu, přičemž výrobní a provozní náklady této jednotky jsou na úrovni, kdy její provoz je vůči dosavadním obdobným energetickým jednotkám konkurenceschopný ekonomicky a ekologickými parametry dosavadní jednotky převyšuje.

Přehled obrázků na výkresech

Zařízení podle vynálezu i příslušný způsob je dále podrobněji popsán a vysvětlen na příkladném provedení energetické jednotky, a to též s použitím přiložených výkresů, kde na obr.1 je zjednodušené schema celé energetické jednotky a na obr.2 je potom podrobnější schéma s konkretizací jednotlivých sekcí této jednotky.

Příklad provedení vynálezu

Energetická jednotka v příkladném provedení je vytvořena následujícím způsobem. Jedná se o energetickou jednotku pro výrobu elektrické energie z plynů, vyvinutých z biomasy a uhlíkatých surovin, sestávající v principu ze sekce 1 vyvíječe směsného plynu, obsahujícího také spalitelné složky typu CO, CH₄, H₂, ze spalovací sekce 2 těchto spalitelných složek, upravenou pro dosaženi a udržování teploty spalin alespoň 1.200’0, a ze sekce 3 výroby elektrické energie. Energetickým vstupem je palivo, vstupující do sekce 1 vyvíječe směsného plynu, a to přes sušárnu 60 paliva, přičemž jako celkový výstup, na výstupu ze sekce 3 výroby elektrické energie, je patrná především elektrická energie a dále pak ještě v tomto příkladném provedení ohřátá teplá užitková voda, tedy TUV, a teplo ve formě ohřátých plynů, vedených zpět do sušárny 60 paliva. Poznamenáváme, že sekce 3 výroby elektrické energie nemá toto označení pro výhradní, ale pro převažující výrobu elektrické energie. Toto základní rozčlenění je patrné na obr.1. Na obr.2 je pak možno sledovat konkrétní provedení jednotlivých sekcí. Sekce 1 vyvíječe směsného plynu, obsahujícího také spalitelné složky typu CO, CH₄, H₂, je vytvořena jako vysokotlaký plynový generátor 10. Spalovací sekce 2 spalitelných složek, upravená zde pro dosaženi a udržování teploty spalin alespoň 1.200°C, je vytvořena jako vysokoteplotní reformátor 20 s plynovým hořákem 21. Sekce 3 výroby elektrické energie je vytvořena jako turbogenerátorové soustrojí 80, s turbínou 81 a s hlavním elektrickým generátorem 84, poháněným turbínou 81 přes redukční převodovku 83, přičemž mezi plynový horák 21 a turbogenerátorové soustrojí 80 je zařazen ještě výměník 30 tepla a turbokompresorová jednotka 50. Výměník 30 tepla je zde upraven pro chlazeni plynů z plynového hořáku 21 a současně pro ohřívání spalovacího vzduchu, vedeného k plynovému hořáku 21. a zplyňovacího vzduchu, vedeného k žárovému pásmu 14 vysokotlakého plynového generátoru 10. Tento výměník 30 tepla je zde potom napojen na svém výstupu ještě na turbínový vstup turbokompresorové jednotky 50, jejíž plynový výstup je napojen na vstup turbogenerátorového soustrojí 80.

Vysokotlaký plynový generátor 10 zde sestává ze zásobníku 13 paliva se sekundárním palivovým vstupem a se sekundárním palivovým výstupem 15, zde ve formě hrdla, opatřeným dávkovacím turniketem 12 a propojeným vnitřním palivovým dopravníkem 11 do plynojemu 16, na jehož vstupu je upraveno žárové pásmo 14 a jehož výstup je napojen na vstup vysokoteplotního reformátoru 20.

V příkladné energetické jednotce, zde popisované, je zobrazeno výhodné provedení, kde před sekundární palivový vstup, upravený u palivového zásobníku 13 vysokotlakého plynového generátoru 10. je zařazena sušárna 60 paliva, s primárním palivovým vstupem pro nevysušené palivo a se sušícím vstupem, propojeným na spalinový výstup turbíny 81 turbogenerátorového soustrojí 80, kde primární palivový výstup sušárny 60 paliva je propojen na sekundární palivový vstup palivového zásobníku 13 vysokotlakého plynového generátoru 10. a to pomoci vnějšího palivového dopravníku 65, přičemž výstup sušících plynů s vodní párou, odejmutou sušenému palivu, je zaveden do komína 62, vybaveného vodním odlučovačem s kondenzátovým výstupem 94. Tak dochází i ve vztahu k sušení vstupní palivové složky k energetickým úsporám, resp. k maximálnímu využití získávané tepelné energie. Dále potom zde výměník 30 tepla obsahuje ještě třetí sekci s parním generátorem 33, s vodním vstupem a s parním výstupem, jehož vodní vstup je napojen na kondenzátový výstup 94 vodního odlučovače komína 62 sušárny 60 paliva a jehož parní výstup je napojen na plynový vstup, tedy vstup k turbíně 51., turbokompresorové jednotky 5. Tak se jednak využije voda, získaná při sušení vstupní palivové složky, jednak se vytvoří pára pro použití v samotném procesu výroby a přeměny energie. Mimoto je voda, získaná při sušení vstupní palivové složky, vedena ještě k plynojemu 16, a to tak, že kondenzátový výstup 94 vodního odlučovače komína 62 sušárny 60 je propojen do žárového pásma 14 vysokotlakého plynového generátoru 10, na vstupu do plynojemu 16. V tomto příkladném provedení je pro zvýšení celkové účinnosti přeměny energie v energetické jednotce ještě zařazen motor 100 s vnějším spalováním, obsahující vnějším teplem ohřívanou část 103. a pro odvod tepla upravenou chlazenou část s vývodem 102, přičemž současně výměník 30 tepla energetické jednotky obsahuje ještě první sekci 31 ohřevu ohřívané části 103 tohoto motoru 100 s vnějším spalováním, který je k výměníku 30 tepla přirazen. Tento motor 100 s vnějším spalováním, který je zde konkrétně volen jako motor typu Stirling, je potom na svém mechanickém výstupu 101 propojen s pomocným generátorem 104 elektrického proudu. Navíc chlazená část tohoto motoru 100 s vnějším spalováním je zde provedena jako výměník, upravený pro ohřev teplé užitkové vody, tedy TUV. Chlazená část motoru 100 s vnějším spalováním by mohla být provedena i jako výměník, upravený pro ohřev vzduchu, vstupujícího do kompresoru 52 turbokompresorové jednotky 50, případně by takový výměník mohl plnit obě naznačené funkce, ale v tomto příkladném provedení je tento výměník použit pouze pro ohřev TUV. Co se týče dalších detailů výbavy celého zařízení, pak v zásobníku 13 paliva je zde ještě upraven mechanický měřič 18 množství paliva. Tak lze jednoduše sledovat stav zásoby paliva a včas zajistit jeho doplnění, aby nedošlo k přerušení procesu. V plynojemu 16 je pak v tomto příkladném provedení ještě upraven pákový mechanismus 17 s ukazatelem dávky paliva, vstupujícího do plynojemu 16 ze žárového pásma 14. Tak lze orientačně, ale ovšem velmi jednoduše a spolehlivě, kontrolovat dodávku paliva. Pro spolehlivý provoz a zejména pro start zařízení je zde na vzduchovém vstupu kompresoru 52 turbokompresorové jednotky 50 ještě zařazeno vzduchové dmýchadlo 53, a to dmýchadlo, poháněné elektromotorem, napájeným nízkým napětím z měniče 106 napětí. Tím se na jedné straně zvyšuje bezpečnost provozu, jednak lze při startování celého zařízení snadněji napájet toto dmýchadlo 53 nejen z vnější rozvodné sítě ale případně i z akumulátorové baterie. Co se týče využití výstupních plynů z celého zařízení, jsou tyto plyny vedeny do sušárny 60 paliva a v této větvi je zde ještě mezi plynový výstup z turbíny 81 turbogenerátorové soustrojí 80 a sušící vstup sušárny 60 paliva zařazeno plynové dmýchadlo 61. Co se týče propojení vodního systému sušárny 60 paliva s parním generátorem 33 a s žárovým pásmem 14, pak je zde ještě vytvořena úprava, kde do přívodu vody k parnímu generátoru 33, resp. k žárovému pásmu 14, je zařazen za kondenzátový výstup 94 odlučovače vody komína 62 sušárny 60 paliva vodojem 41, za ním pak čerpadlo 42 a na jeho výstupu potom vodárna 40 s tlakovou nádobou, kde za výstupem z tlakové nádoby je, v rozvětvené části potrubí za tímto výstupem, do přívodu vody k parnímu generátoru 33 zařazen první tlakový regulátor 43 a do přívodu vody k žárovému pásmu 14 zařazen druhý tlakový regulátor 44. Tím je zajištěno zásobování vody uvedených míst, a to s určitou zásobou vody a s přívodem vody s kontrolovaným tlakem. Zde popisované příkladné provedení energetické jednotky je upraveno pro automatické řízení chodu. To je provedeno tak, že energetická jednotka je vybavena řídícím systémem 70, obsahujícím řídící jednotku, propojenou na svém vstupu s infrakamerou 73, upravenou pro sledování teploty, tvaru a barvy plamene v hořáku 21 vysokoteplotního reformátoru 20 a s čidly CO, CO2 a O2, umístěnými v plynovém výstupu turbíny 81 turbogenerátorového soustrojí 80. Propojení infrakamery 73 se sledovaným prostorem plamene je provedeno pomocí světlovodu 74. Čidla CO, CO2 a 0₂ jsou zde realizována, resp. nahrazena ve smyslu technické ekvivalence, spektrometrem 76, zařazeným na boční pomocné měřící větvi potrubí, připojené mezi výstup plynů z turbíny 81 turbogenerátorového soustrojí 80 a vstup plynového dmýchadla 61. Řídící jednotka je pak také ještě propojena na svém výstupu s prvním regulačním ventilem 71 ohřátého vzduchu pro plynový hořák 21 vysokoteplotního reformátoru 20 a s druhým regulačním ventilem 72 ohřátého vzduchu pro žárové pásmo 14 plynojemu 16. V popisovaném provedení je v řídícím systému 70 výstup z řídící jednotky propojen ještě na dávkovači turniket 12.

Funkce zařízení v příkladném provedení, popsaného zde výše, je potom následující. Palivo, kterým je zde odpadní dřevní hmota typu štěpků, apod., případně ve směsi s ropou, uhelnými kaly, apod., se vysušuje v sušárně 60 paliva, poté se dopravuje do zásobníku 13 paliva, odkud dále postupuje a dávkuje se přes dávkovači turniket 12 do žárového pásma 14 na vstupu do plynojemu 16. Následně potom v tomto žárovém pásmu 14 se palivo ohřívá přiváděným ohřátým vzduchem a vstupuje do plynojemu 16, kde se udržuje na teplotě 980°C, za tlaku 5 barů, a to při svém průchodu plynojemem po dobu 1,5 až 2 sekund, což se zajistí pomocí celkové regulace chodu energetické jednotky řídícím systémem 70, a to tak, aby rychlost průchodu plynů plynojemem 16 nebyla vyšší, než by odpovídalo setrvání plynů v tomto prostoru po dobu bezpečné delší než jedna sekunda. Z plynojemu 16 je vzniklá plynná složka vedena dále do plynového hořáku 21 vysokoteplotního reformátoru 20, kde se udržuje teplota v úzkém pásmu okolo 1250°C, a to pro dosažení degradace toxických složek, především typu dehtů a dioxinů. Dále se tyto plyny vedou dále do chladiče ve formě výměníku 30 tepla, kde se snižuje jejich teplota na teplotu danou optimálními parametry pro vstup do následné zařazené turbíny 51 turbokompresorové jednotky 50, což je zde teplota 750°C, a za ní zařazené turbíny 81 turbogenerátorového soustrojí 80 , přičemž v turbokompresorové jednotce 50 se z takto vstupujících plynů získává energie pro přívod ohřátého vzduchu pro žárové pásmo 14 a pro plynový hořák 21 vysokoteplotního reformátoru 20 a v turbíně 81 turbogenerátorového soustrojí 80 se z těchto plynů získává energie pro výrobu elektrického proudu v hlavním generátoru 84 tohoto turbogenerátorového soustrojí 80. V konečné fázi pak plyny, vystupující z turbíny 81 turbogenerátorového soustrojí 80, jsou vedeny do sušárny 60 paliva, kde se pomocí nich snižuje vlhkost paliva, kterážto vlhkost se pak odebírá ve formě kondenzátu na výstupu ze sušárny 60 paliva a zavádí se ve formě vody do parního generátoru 33. Tato pára se přidává k plynům, vstupujícím do turbíny 81 turbokompresorové jednotky 80, a příslušná vlhkost se ještě zavádí ve formě vody do žárového pásma 14 vysokotlakého plynového generátoru 10 ne vstupu do plynového zásobníku 16. Palivo, vysušené v sušárně 60 paliva a předehřáté na cca 110°C, se ze sušárny dopravuje dopravníkem do zásobníku 13 paliva, kde potom již popsaný proces výroby energie začíná. V návaznosti na popis příkladného provedení celého zařízení je zřejmé, že funkce je doplněna ještě o další generování elektrického proudu, provedené motorgenerátorovou jednotkou na bázi motoru 100 s vnějším spalováním, přičemž zde teplo pro činnost tohoto motoru 100 se odvádí ze spálených plynů mezi fází spalování v plynovém hořáku 21 vysokoteplotního reformátoru 20 a fází chlazení plynů před vstupem do turbíny 51 turbokompresorové jednotky 50. Podstatné na funkci celého zařízení je, že funkce je automatizována, a to tak, že prostřednictvím řídícího systému 70 se podle zjištěných parametrů plamene v plynovém hořáku 21 vysokoteplotního reformátoru 20 a podle údajů čidel CO, CO₂ a O₂, umístěných v plynovém výstupu turbíny 81 turbogenerátorového soustrojí 80, kteréžto údaje se zpracovávají v počítači řídící jednotky tohoto řídícího systému 70, regulují zde vstupy ohřátého vzduchu do žárového pásma 14 u plynojemu 16 a do plynového hořáku 21 vysokoteplotního reformátoru 20. Také se ještě řídící jednotkou reguluje činnost dávkovacího turniketu 12 na výstupu ze zásobníku 13 paliva.

Průmyslová využitelnost

Zařízení a způsob jeho činnosti, v souladu s předkládaným vynálezem, jsou použitelné pro ekonomickou ekologickou výrobu elektrické energie, a to s využitím především biopaliv, případně i dalších uhlíkatých paliv.

Claims (21)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Energetická jednotka pro výrobu elektrické energie z plynů, vyvinutých z biomasy a uhlíkatých surovin, kde jednotka obsahuje alespoň sekci vyvíječe směsného plynu, obsahujícího také spalitelné složky typu CO, CH4, H2, spalovací sekci těchto spalitelných složek, upravenou pro dosažení a udržování teploty spalin alespoň 1.200°C, a sekci výroby elektrické energie, vyznačená tím, že sekce (1) vyvíječe směsného plynu, obsahujícího také spalitelné složky typu CO, CH₄, H₂, je vytvořena jako vysokotlaký plynový generátor (10), spalovací sekce (2) spalitelných složek, upravená pro dosažení a udržováni teploty spalin alespoň 1.200°C, je vytvořena jako vysokoteplotní reformátor (20) s plynovým hořákem (21) a sekce (3) výroby elektrické energie je vytvořena jako turbogenerátorové soustrojí (80), přičemž mezi plynový hořák (21) a turbogenerátorové soustrojí (80) je zařazen alespoň výměník (30) tepla a turbokompresorová jednotka (50), kde výměník (30) tepla je upraven pro chlazení plynů z plynového hořáku (21) a současně pro ohřívání alespoň spalovacího vzduchu, vedeného z příslušné sekce (32) výměníku (3) tepla, k plynovému hořáku (21), a zplyňovacího vzduchu, vedeného k žárovému pásmu (14) vysokotlakého plynového generátoru (10), kde tento výměník (30) tepla je napojen na svém výstupu ještě na turbínový vstup turbíny (51) turbokompresorové jednotky (50), jejíž plynový výstup je napojen na turbínový vstup turbíny (81) turbogenerátorového soustrojí (80).
2. 2. Energetická jednotka podle nároku 1, vyznačená tím, že vysokotlaký plynový generátor (10) sestává ze zásobníku (13) paliva se sekundárním palivovým vstupem a se sekundárním palivovým výstupem (15), opatřeným dávkovacím turniketem (12) a propojeným vnitřním palivovým dopravníkem (11) do plynojemu (16), na jehož vstupu je upraveno žárové pásmo (14) a jehož výstup je napojen na vstup vysokoteplotního reformátoru (20).

   II
3. 3. Energetická jednotka podle nároku 1 nebo 2, vyznačená tím, že před sekundární palivový vstup, upravený u palivového zásobníku (13) vysokotlakého plynového generátoru (10), je zařazena sušárna (60) paliva, s primárním palivovým vstupem pro nevysušené palivo a se sušícím vstupem, propojeným na spalinový výstup turbíny (81) turbogenerátorového soustrojí (80), kde primární palivový výstup sušárny (60) paliva je propojen na sekundární palivový vstup palivového zásobníku (13) vysokotlakého plynového generátoru (10), a to pomocí vnějšího palivového dopravníku (65), přičemž výstup sušících plynů s vodní párou, odejmutou sušenému palivu, je zaveden do komína (62), vybaveného vodním odlučovačem s kondenzátovým výstupem (94).
4. 4. Energetická jednotka podle nároku 3, vyznačená tím, že výměník (30) tepla obsahuje ještě další, třetí sekci s parním generátorem (33), s vodním vstupem a s parním výstupem, jehož vodní vstup je napojen na kondenzátový výstup (94) vodního odlučovače komína (62) sušárny (60) paliva a jehož parní výstup je napojen na plynový vstup turbíny (51) turbokompresorové jednotky (50).
5. 5. Energetická jednotka podle nároku 3 nebo 4 , vyznačená tím, že kondenzátový výstup (94) vodního odlučovače komína (62) sušárny (60) paliva je propojen do žárového pásma (14) vysokotlakého plynového generátoru (10) u vstupu do plynojemu (16).
6. 6. Energetická jednotka podle některého z nároků 1až5, vyznačená tím, že v energetické jednotce je ještě zařazen motor (100) s vnějším spalováním, obsahující vnějším teplem ohřívanou část (103) a pro odvod tepla upravenou chlazenou část, kde výměník (30) tepla energetické jednotky obsahuje ještě první sekci (31) ohřevu ohřívané části (103) motoru (100) s vnějším spalováním, který je k výměníku (30) tepla přiřazen a který je na svém mechanickém výstupu (101) propojen s hlavním generátorem (84) elektrického proudu.
7. 7. Energetická jednotka podle nároku 6, vyznačená tím, že chlazená část motoru (100) s vnějším spalováním je provedena jako výměník, upravený pro ohřev teplé užitkové vody.
8. 8. Energetická jednotka podle nároku 6, vyznačená tím, že chlazená část motoru (100) s vnějším spalováním je provedena jako výměník, upravený pro ohřev vzduchu, vstupujícího do kompresoru (52) turbokompresorové jednotky (50).
9. 9. Energetická jednotka podle některého z nároků 6 až 8, vyznačená tím, že motorem (100) s vnějším spalováním je motor typu Stirling.
10. 10. Energetická jednotka podle některého z nároků 1až9, vyznačená tím, že v zásobníku (13) paliva je upraven mechanický měřič (18) množství paliva.
11. 11. Energetická jednotka podle některého z nároků 1až10, vyznačená tím, že v plynojemu (16) je upraven pákový mechanismus (17) s ukazatelem dávky paliva, vstupujícího do plynojemu (16) ze žárového pásma (14).
12. 12. Energetická jednotka podle některého z nároků 1 až 11 , vyznačená tím, že na vzduchovém vstupu kompresoru (52) turbokompresorové jednotky (50) je zařazeno vzduchové dmýchadlo (53).
13. 13. Energetická jednotka podle nároku 12, vyznačená tím, že vzduchové dmýchadlo (53) je poháněno elektromotorem, napájeným nízkým napětím z měniče (105) napětí.
14. 14. Energetická jednotka podle některého z nároků 1až13, vyznačená tím, že mezi plynový výstup z turbíny (81) turbogenerátorového soustrojí (80) a sušicí vstup sušárny (60) paliva je zařazeno plynové dmýchadlo (61).
15. 15. Energetická jednotka podle některého z nároků 3 až 14, vyznačená tím, že do přívodu vody k parnímu generátoru (33), resp. k žárovému pásmu (14), je zařazen, za kondenzátový výstup (94) odlučovače vody komína (62) sušárny (60) paliva, vodojem (41), za ním pak čerpadlo (42) a na jeho výstupu potom vodárna (40) s tlakovou nádobou, kde za výstupem z této tlakové nádoby je, v rozvětvené části potrubí za tímto výstupem, do přívodu vody k parnímu generátoru (33) zařazen první tlakový regulátor (43) a do přívodu vody k žárovému pásmu (14) zařazen druhý tlakový regulátor (44).
16. 16. Energetická jednotka podle některého z nároků 1až15, vyznačená tím, že pro dosažení automatizace chodu celé energetické jednotky je energetická jednotka vybavena řídícím systémem (70), obsahujícím řídící jednotku, propojenou na svém vstupu alespoň s infrakamerou (73), upravenou pro sledování teploty, tvaru a barvy plamene v plynovém hořáku (21) vysokoteplotního reformátoru (20) a s čidly CO, CO₂ a O₂, umístěnými v plynovém výstupu turbíny (81) turbogenerátorového soustrojí (80), a propojenou na svém výstupu alespoň s prvním regulačním ventilem (71) ohřátého vzduchu pro plynový hořák (21) vysokoteplotního reformátoru (20) a s druhým regulačním ventilem (72) ohřátého vzduchu pro žárové pásmo (14) vysokotlakého plynového generátoru (10), u plynojemu (14).
17. 17. Energetická jednotka podle nároku 16, vyznačená tím, že na výstup z řídící jednotky je připojen ještě dávkovači turniket (12).
18. 18. Způsob činnosti energetické jednotky, vytvořené podle nároků 1 až 17 , vyznačený tím, že palivo se vysušuje v sušárně paliva, poté se dopravuje do zásobníku paliva, odkud dále postupuje a dávkuje se přes dávkovači turniket do žárového pásma na vstupu do plynojemu, přičemž v žárovém pásmu se palivo ohřívá přiváděným ohřátým vzduchem a vstupuje do plynojemu, kde se udržuje na teplotě alespoň 950°C, za tlaku 5 až 7 barů, a to při svém průchodu plynojemem po dobu alespoň 1 sekundy, načež z plynojemu je vzniklá plynná složka vedena do hořáku vysokoteplotního reformátoru, kde se udržuje teplota 1200 až 1300°C, a to pro dosažení degradace toxických složek, především typu dehtů a dioxinů, načež se tyto plyny vedou dále do chladiče, kde se snižuje jejich teplota na teplotu danou povolenými a/nebo optimálními parametry pro vstup do následně zařazené turbíny turbokompresorové jednotky a za ni zařazené turbíny turbogenerátorového soustrojí, přičemž v turbokompresorové jednotce se z takto vstupujících plynů získává energie pro přívod ohřátého vzduchu pro žárové pásmo a pro hořák vysokoteplotního reformátoru a v turbíně turbogenerátorového soustrojí se z těchto plynů získává energie pro výrobu elektrického proudu v hlavním generátoru tohoto turbogenerátorového soustrojí, načež konečně plyny, vystupující z turbíny turbogenerátorového soustrojí, jsou vedeny do sušárny paliva, kde se pomocí nich snižuje vlhkost paliva, kterážto vlhkost se pak odebírá ve formě kondenzátu na výstupu ze sušárny paliva a zavádí se ve formě vody do parního generátoru, přičemž takto zde vzniklá pára se přidává k plynům, vstupujícím do turbíny turbokompresorové jednotky, a kterážto vlhkost se ještě zavádí ve formě vody do žárového pásma vysokoteplotního reformátoru.
19. 19. Způsob podle nároku 18,vyznačený tím, že tento způsob je doplněn o další generováni elektrického proudu, provedené motorgenerátorovou jednotkou na bázi motoru s vnějším spalováním, kde teplo pro činnost tohoto motoru se odvádí ze spálených plynů mezi fází spalování v hořáku vysokoteplotního reformátoru a fází chlazení plynů před vstupem do turbíny turbokompresorové jednotky.
20. 20. Způsob podle nároku 18 nebo 19,vyznačený tím, že způsob činnosti je řízen řídícím systémem, kde se podle zjištěných parametrů plamene v hořáku vysokoteplotního reformátoru a podle údajů čidel CO, CO_Z a O₂, umístěných v plynovém výstupu turbíny turbogenerátorového soustrojí, kteréžto údaje se zpracovávají v počítači řídící jednotky tohoto řídícího systému, regulují alespoň vstupy ohřátého vzduchu do žárového pásma u vstupu do plynojemu a do horáku vysokoteplotního reformátoru.
21. 21. Způsob podle nároku 20,vyznačený tím, že řídící jednotkou se reguluje ještě činnost dávkovacího turniketu na výstupu ze zásobníku paliva.