CZ96398A3 - Zařízení na zplynování fytomasy - Google Patents

Description

Vynález se týká zařízení na zplynování fytomasy, které obsahuje generátor plynu, pračku plynu a odkapávač s filtrem plynu.

Dosavadní stav techniky

Je známo zplynování dřevní hmoty, fytomasy, na výrobu plynu používaného jako paliva. Tento plyn, označovaný jako pyroplyn, se v největší míře užíval jako paliva pro upravené vznětové a zážehové motory ve dvacátých až čtyřicátých letech tohoto století. Jako dřevní hmoty se k tomuto účelu používalo bukové a dubové dřevo o obsahu vody do 18 hmotnostních %, které bylo upraveno do štěpků stanovených rozměrů. Tím se dosahovalo snížení podílu tekutého odpadu, obsahující dehty a také fenoly. Přesto byl tento podíl dehtů a fenolů značný, čímž se nejenom zanášely válce a ventily motorů, ale především pak se zatěžovalo životní prostředí, neboť tekutý odpad byl volně vypouštěn do okolí.

Později se začal projevovat nedostatek tvrdých dřevin, zejména bukového a dubového dřeva. Kromě toho vznikla potřeba zpracování značného množství tuhého zemědělského odpadu a také odpadu z dřevařské výroby, která zpracovává převážně měkké dřevo. Toto měkké dřevo, zejména z jehličnanů, topolů a podobně, obsahuje v průměru asi 30 hmotnostních % vody, což značně komplikuje zplynovací proces ve známých zplynovacích zařízeních. Zplynování vlhkého dřevního odpadu měkkých dřevin a také jeho spalování v kotelnách má nepříznivý vliv na životní prostředí, neboť ve spalinách se vyskytuje nežádoucí množství oxidů uhlíku a dusíku a také vzniká větší množství odpadní vody, v níž se nachází uhlovodíky a především fenol.

Spalování zemědělských odpadů, například slámy, na výrobu tepla je velmi nevýhodné jak po energetické stránce tak i po ekologické stránce. Takové spalování vyvolává nutnost následného čištění emisí, které obsahují fenoly.

···· ·φ φφφ φφ · φφφφ φφ φφφ φ φφ φφφφ φ φφφφ φφφφ φφφ

Mnohem výhodnějším způsobem využití zemědělského odpadu pro energetické účely je zplynování těchto odpadů a následně pak spalování vzniklého pyroplynu například v hořákové soustavě. To pak umožňuje doplňování nebo náhradu spalování zemního plynu, popřípadě kombinaci výroby energie ze zemního plynu a pyroplynu.

Známá zařízení vykazují četné nevýhody, které lze shrnout takto: umožňují spalovat efektivně pouze kvalitní palivo do obsahu vody 18 hmotnostních %, při zplynování vzniká tekutý odpad obsahující uhlovodíky a fenoly, které je nutno následně odstraňovat, zpravidla v čistírnách odpadních vod. Nejde tedy o technologii bezodpadovou.

Regulace zatížení tepelného výkonu lze provádět pouze v malém rozsahu a to asi s odchylkou 25 % od jmenovitého tepelného výkonu. Čistota pyroplynu závisí na zatížení zařízení a obsahu vody v palivu. Z toho vyplývá, že plyn vyrobený ve známých generátorech by nebylo možno používat například na plošnou plynofikaci, do plynových infrazářičů, domácích spotřebičů na vytápění a ohřev užitkové vody a podobně.

Úkolem vynálezu je vytvořit zařízení na zplynování fytomasy, umožňující efektivní zpracování lesního, dřevního a spalitelného zemědělského odpadu. Dalším úkolem je dosáhnout přitom výstupních emisí nezatěžující životní prostředí a stálé kvality, zejména dodržení výhřevnosti a čistoty generovaného plynu.

Podstata vynálezu

Nedostatky stavu techniky do značné míry odstraňuje zařízení podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že řízený generátor plynu je opatřen dávkovacím zařízením se zásobníkem paliva, dále uzavíratelným vstupním potrubím vzduchu opatřeným ventilátorem přídavného vzduchu, přičemž ve vstupním potrubí vzduchu je uložena tryska paliva spolu se zapalovacím ústrojím, ve spodní části zplynovače je uspořádán otočný rošt zavěšený po ··»· ·· ·· ···· «· «e • · « · · · · · * * ·· · ♦ · · · « · · · · * • · · · ···· · · · obvodu na řetězech, přičemž je rošt spojen s otáčivým ústrojím roštu, a generátor je opatřen čidly, jejichž výstupy jsou spojeny s řídicím ústrojím, například s řídicím počítačem, a řídicí ústrojí je zpětně spojeno s ovládacími prvky generátoru plynu.

Pro funkci zařízení podle vynálezu je také podstatné, že vstupní potrubí vzduchu je přiřazeno žárovému pásmu generátoru plynu a tryska je spojena s dávkovacím čerpadlem, které je napojeno jednak na zdroj paliva, jednak na spodní část pračky plynu a odkapávače .

Pro regulaci činnosti je výhodné, že ovládací prvky generátoru plynu zahrnují dávkovači zařízení paliva, uzavíratelné vstupní potrubí dávkovači čerpadlo, otáčivé ústrojí roštu a ventilátor přídavného vzduchu.

Z hlediska čištění vyrobeného plynu je výhodné, že pračka plynu opatřená chladicími žebry má ve svém vnitřním prostoru zabudovány skrubry a je k ní připojen vnější okruh chlazení kapaliny, přičemž vnější okruh chlazení kapaliny je tvořen v sérii zapojenými sacím košem, potrubím, chladičem, čerpadlem a tryskou.

Pro regulaci tlaku v zařízení a ochraně proti zpětnému zápalu je přínosem, že konec přívodního potrubí v odkapávači je opatřen kuželovým trychtýřem se zúženým průřezem, proti němuž je uspořádán disk nesený plovákem vnitřního válce, který tvoří s vnějším válcem spojené nádoby, přičemž ž plovák vnějšího válce nese pravítko opatřené kovovými pásky, k nimž je přiřazeno indukční čidlo, a vnější válec je připojen k výstupnímu potrubí plynu.

Na zařízení podle vynálezu se využívá spodní hoření, podtlakové řízené zplynování, kdy se podle požadovaného výkonu dávkuje množství vstupního vzduchu, množství paliva a také vody, případně chladicí kapaliny, nebo podle potřeby i kapalného paliva do žárového pásma generátoru s tím, že odsávaný surový plyn je propírán v pračce plynů, která současně plní úlohu chladiče plynu, kdy prací kapalina obsahuje chemické prostředky, které mnohem intenzivněji zbavují plyn nečistot a zrychlují sedimentační proces. Zchlazený a opraný plyn se pak se zavádí do odkapávače, kde se zbavuje prací kapaliny a zbytků vody.

• · · · • * · 9 • ·

Odkapávač je založen na principu změny směru proudění plynu při automatickém udržování konstantní rychlosti proudění plynu. Plyn zbavený kapaliny ještě prochází textilním filtrem. Sedimenty z odkapávače a pračky pak zavádíme do žárového pásma, kde se spalují. Zařízení jsou za účelem automatického řízení vybavena potřebnými snímači teploty, tlaků a podobně.

Vynález přináší výhody zejména vtom, že řeší ekologické zplynování fytomasy - veškerého druhu lesního, dřevního a zemědělského odpadu, včetně vytříděného spalitelného komunálního odpadu, bez nepříznivého vlivu na životní prostředí. Výstupní emise z motorgenerátoru nebo plynového kotle obsahují výlučně inertní plyny - dusík a kysličník uhličitý, přičemž ostatní složky emisí odpovídají normám EURO-ECO. Tuhým odpadem je pouze popel, který z fytomasy, jak je všeobecně známo, tvoří vynikající hnojivo pro rostliny.

Příklady provedení vynálezu

Zařízení na zplynování fytomasy je vybaveno řízeným generátorem 100 plynu zasazeným do vlastního zplynovače 101 s cyklónou 120, pračkou 200 plynu a odkapávačem 300, řídicím počítačem a soustavou měřicích čidel, s tím, že všechny jednotky, bloky, jsou vzájemně propojeny, jak je dále podrobněji popsáno.

Zplynovač 100 je tvořen ocelovou válcovou nádobou 126. Do něj je vložena válcová nádoba 127, řízeného generátoru 101 plynu. Válcová nádoba 127 přechází ve spodní části do žárového pásma kuželového tvaru, vyzděného ohnivzdorným materiálem nebo vyrobeného z ocelolitiny.

K žárovému pásmu řízeného generátoru plynu 101, je připojeno vstupní potrubí 102, se schématicky zakresleným prstencovým rozvodem vzduchu a trysek. Ve vstupním potrubí 102 je uložena uzavírací klapka 103, elektrický zapalovač 109. Ke vstupnímu potrubí 102 vzduchu je připojeno sběrné potrubí 104 otepleného vzduchu pláštěm zplynovače 126 s ventilátorem 105, který je na výkrese jen naznačen. Ve vstupním potrubí 102 je rovněž uložena tryska 106, představující koncový prvek spojovacího potrubí 128, jehož opačný konec je ···· 44 4« 444 4 4« 44

4 444 4 · 4 · 4 4 · 4 4 4 4 ♦ • 4 · · 4444 444 napojen na pračku 200 plynů. Toto napojení je provedeno prostřednictvím sacího koše 108, umístěného na dně pračky 200, prostřednictvím dávkovacího kalového čerpadla 107, které je rovněž přes neznázorněný přepínač připojeno k nádrží kapalného paliva.

Žárové pásmo řízeného generátoru 101 je zakončeno pohyblivým roštem 112, který je zavěšen na řetězovém závěsu 113. K němu je připojen klikový mechanismus 115 natáčený motorem 114. Klikový mechanismus 115 je určen k natáčení řetízkového závěsu 113 kolem svislé osy řízeného generátoru 101, a tím zvyšování nebo snižování roštu 112. V horní části zplynovače je napojeno potrubí dávkovacího zařízení 110 paliva se zásobníkem 111 paliva. Ke stanovení množství paliva v řízeném generátoru plynu 101 je vložena měřicí tyč 125, se kterou pohybuje servomechanismus 124 nahoru a dolů. Ke stanovení teploty v žárovišti je určen teploměr 116.

Cyklóna 120 pro odstranění hrubých nečistot z vyráběného plynu je tvořena válcovou nádobou, ve spodní části je zakončena kuželovým dnem. Shora je na cyklónu 120 napojeno přívodní potrubí 121 pro přivádění surového generovaného plynu WO. Dno cyklóny 120 je opatřeno vypouštěcím ventilem 123 a k boku cyklóny je připojeno potrubí 122.

Pračka 200 je konstrukčně vytvořena jako ocelová válcová nádoba s chladicími žebry na vnějším plášti. Uvnitř pračky 200 jsou uspořádány skrubry 201, které usměrňují plyn tak, aby procházel skrze prací kapalinu. Ve spodní části pračky 200 je uložena potrubní koncovka 202, v níž jsou vyvrtány po celém obvodu neznázorněné otvory. Potrubní koncovka 202 navazuje na potrubí 122, spojující pračku 200 s cyklónou 120. V horní části pračky 200 je umístěna tryska 207 stříkající chladicí kapalinu proti proudu plynu, která je pak potrubím 208 napojena na čerpadlo 206 a dále na chladič kapaliny 205.

Ve spodní části nádoby pračky 200 je vložen sací koš 204, na nějž navazuje vedení 209 napojené svým opačným koncem na chladič 205, který může být přídavně chlazen neznázorněným ventilátorem zapínaným počítačem za účelem zvýšení intenzity chlazení proudem vzduchu.

♦ · » · • · to··* ·· ·· ·*· ·· · ···· • · · · · · ·· ···· · •to·· to · · · · · ·

Další částí zařízení podle vynálezu je odkapávač 300, který je určen i k filtraci plynu. Souhrnně je odkapávač 300 určen k odstranění kapiček prací kapaliny z proudu plynu a k odstranění kondenzované vody včetně v ní obsažených zbytků drobných částic uhlovodíků a fenolů. Odkapávač 300 je tvořen ocelovou válcovou nádobou. Spodní část odkapávače 300 je spojena potrubím 301 s horní částí pračky 200. Potrubí 301 je zakončeno kuželovým trychtýřem 302, zmenšující průřez výtoku plynu z potrubí 301. Vnější část kuželového trychtýře 302 je opatřena opačně směrovanou lomenou částí.

Zdola je ke kuželovému trychtýři 302 přiřazen disk 303 kruhového průměru, takže mezi kuželovým trychtýřem 302 a diskem 303 je při provozu zařízení vytvořena mezera, jejíž velikost je úměrná rozdílu podtlaků v potrubích 310 a 301. Disk 303 je připojen k tyči 313 připevněné k plováku 304 vnitřního válce 312. Vnitřní válec 312 je připojen k vnějšímu válci 305, s nímž tvoří spojené nádoby. Ve vnitřním válci plave plovák 306, nesoucí pravítko 307, na němž jsou provedeny úzké kovové pásky, jehož pohyb snímá indukční čidlo 308 umístěné vně válce 305. Hrdlo válce 305 je připojeno potrubím 309 k výstupnímu potrubí 310 odkapávače 300. V horní části válce odkapávače 300 je nasunut textilní filtr 311.

Všechna čidla jsou připojena k řídicímu ústrojí, například k neznázorněnému řídicímu počítači, včetně vedení přivádějících elektrické napětí k ventilátoru 105, dávkovacího zařízení 110 paliva, k vinutí zapalovače 109, k dávkovacímu čerpadlu 107 a k měřicímu servomechanismu 124.

Funkce zařízení podle vynálezu je následující:

Před uvedením zařízení do provozu se do zásobníku 111 naveze fytomasa - palivo. Klapka 103 je v klidové poloze, to jest uzavírá vstupní otvor vstupního potrubí 102. Měřicí tyč 125 servomechanismu je v horní poloze. Disk 303 uzavírá kuželové hrdlo potrubí 301 v odkapávači 300, neboť ve výstupním potrubí 310 a v potrubí 301 jsou stejně velké tlaky, jelikož nedochází k • · a · odsávání plynu spotřebičem, tj. dmychadlem nebo motorgenerátorem. Všechna čerpadla jsou vypnuta.

Po automatickém nebo ručním spuštění zařízení otevře řídicí počítač neznázorněnou klapku do komína, přivede elektrický proud do vinutí 109 a ventilátoru 105. Především pak počítač řídí nadávkování paliva, signálem do dávkovacího zařízení 110 a čerpadla 107. Podle potřeby přepíná přívod do čerpadla 107 z pračky 200 a z neznázorněné nádrže tekutého paliva, zpravidla topného oleje. Počítač sleduje teplotu v žárovišti pomocí výstupu z teploměru 116. V okamžiku, kdy dosáhne teplota v žárovém pásmu cca 600 °C, vydá počítač signál pro start motorgenerátoru nebo dmychadlu, čímž se vytvoří odsáváním plynu podtlak, a zavře klapku do komína. Pak se doplní dávka paliva asi na dalších 5 minut provozu. Současně se vypíná zapalování spirálou 109. Potom se zapne čerpadlo 206. Po vzniku podtlaku v potrubí 310 se disk 303 odchýlí od hrdla trychtýře 302 a vytvoří se mezera, jejíž velikost je úměrná velikosti tlakového rozdílu v potrubích 301 a 310. Proudící plyn v potrubí 301 je nucen při průchodu hrdlem podstatně zvýšit rychlost, kterou pak naráží na disk 303 obracející proud plynu do protisměru. Proud plyny je pak ohýbán směrem

W) z LUj k plášti odkapávače 300 a dolů. Jelikož těžší -částic^, jako jsou voda a uhlovodíky, mají podstatně větší energii, klesají ke dnu odkapávače 300. Podmínkou správné funkce, tj. dostatečné odstranění tuhých částic a vody z plynu je to, že směs procházející hrdlem potrubí 301 má teplotu nižší než 40 °C, což je teplota, při níž tuhne i fenol.

Ochlazení plynu se provádí v chladiči 200 tím, že plyn je nucen procházet zdola nahoru středovými otvory skrubrů 201 provedených v osazeních 210 skrubrů 201.. Potrubí je uzavíráno volným víkem 211, které spolu s osazením 210 určuje výšku hladiny chladicí kapaliny. Volné víko 211 se podtlakem nadzvedne a plyn je nucen podél stěn víka 211 protékat kapalinou a tím je nejenom chlazen, ale také vypírán. Ohřátá chladicí kapalina padá dolů v pračce 200, kde se udržuje hladina na stanovené výši. Ke dnu se pak usazuje kal, husté částice kapaliny, které pak jsou čerpadlem 107 tlačeny do žároviště, kde se za teploty vyšší než 950 °C spalují. Kapalina při styku s plynem z něj odnímá teplo, které se předává jednak do pláště chladiče 200 a jeho žeber. Dále se kapalina ochlazuje v chladiči 205, přičemž při překročení stanovené teploty chladiče 205, zpravidla nad 30 °C, zapíná počítač pomocný ventilátor.

Průmyslová využitelnost

Zařízení podle vynálezu je určeno především k výrobě kvalitního plynu z fytomasy o výhřevnosti cca 4,5 až 6 MJ na metr krychlový, zejména z lesního, dřevního a zemědělského odpadu, především slámy a energetických rostlin. Vyrobený plyn se přitom ukládá do tlakových zásobníků, anebo s výhodou se přímo zavádí do směšovače motorgenerátorů na výrobu elektrické energie. U výroby pouze tepelné energie pro vytápění objektů a ohřevu užitkové vody se zavádí do kotlových hořáků. Vyrobený plyn v zařízení podle vynálezu je využitelný i pro plošnou plynofikaci vesnic a podobně.

Claims (7)

1. Zařízení na zplynování fytomasy, které obsahuje zplynovač (100) s uvnitř vloženým řízeným generátorem (101) plynu, pračku (200) plynu a odkapávač (300) plynu s filtrem (311), vyznačující se tím, že řízený generátor (101) plynu je opatřen dávkovacím zařízením (110) se zásobníkem paliva (111), dále uzavíratelným vstupním potrubím (102) vzduchu opatřeným ventilátorem (105) přídavného vzduchu, přičemž ve vstupním potrubí (102) vzduchu je uložena tryska (106) paliva spolu se zapalovacím ústrojím, ve spodní části zplynovače (100) je uspořádán otočný rošt (112) zavěšený po obvodu na řetězech (113), přičemž je rošt (112) spojen s otáčivým ústrojím roštu (112), a generátor (101) je opatřen čidly, jejichž výstupy jsou spojeny s řídicím ústrojím, například s řídicím počítačem, a řídicí ústrojí je zpětně spojeno s ovládacími prvky generátoru (101) plynu.

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že vstupní potrubí (102) vzduchu je přiřazeno žárovému pásmu generátoru (101) plynu.

3. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že tryska (106) je spojena s dávkovacím čerpadlem (107), které je napojeno jednak na zdroj paliva, jednak na spodní část pračky (200) plynu a odkapávače (300).

4. Zařízení podle nároku 1 a 3, vyznačující se tím, že ovládací prvky generátoru (101) plynu zahrnují dávkovači zařízení (110) paliva, uzavíratelné vstupní potrubí (102) dávkovači čerpadlo (107) a otáčivé ústrojí roštu (112) a ventilátor (105) přídavného vzduchu.

• φφφ ·· «· φφφφ ·· φφ • φ · ♦ · · φφφφ •φ · · φ « φφ φφφφ φ φφφ «φφ* φφφ

5. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že pračka (200) plynu opatřená chladicími žebry má ve svém vnitřním prostoru zabudovány skrubry (201) a je k ní připojen vnější okruh chlazení kapaliny.

6. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že vnější okruh chlazení * kapaliny je tvořen v sérii zapojenými sacím košem (204), potrubím (209), chladičem (205), čerpadlem (206) a tryskou (207).

7. Zařízení podle nároku 1 a 2, vyznačující se tím, že konec přívodního potrubí (301) v odkapávači (300 ) je opatřen kuželovým trychtýřem (302 ) se zúženým průřezem, proti němuž je uspořádán disk (303 ) nesený plovákem (304) vnitřního válce (312), který tvoří s vnějším válcem (305 ) spojené nádoby, přičemž plovák (306) vnějšího válce (305) nese pravítko (307) opatřené kovovými pásky, k nimž je přiřazeno indukční čidlo (308), a vnější válec (305) je připojen k výstupnímu potrubí (310) plynu. .