ITMI20010530A1 - HIGH MODULARITY COMPOSITE GAS GENERATOR FOR SOLID FUELS - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
Il presente trovato riguarda un gasgeneratore composito per combustibili solidi, ad elevata modularità. The present invention relates to a highly modular composite gas generator for solid fuels.
Più particolarmente, il trovato riguarda un gasgeneratore composito utilizzabile per combustibili solidi, quali legno o materiali legnosi, carbone vegetale, carbone minerale CDR o altri combustibili tipo pellet o bricchette di materiali botanici vari. More particularly, the invention relates to a composite gas generator which can be used for solid fuels, such as wood or woody materials, vegetable charcoal, CDR mineral coal or other fuels such as pellets or briquettes of various botanical materials.
E' noto che se si sottopone un combustibile solido, quali quelli precedentemente citati, ad un'ossidazione parziale ad elevata temperatura, si può ottenere del gas combustibile, in quanto contenente componenti a potere calorifico interessante, come ossido di carbonio, idrogeno, metano ed altri. It is known that if a solid fuel, such as those previously mentioned, is subjected to partial oxidation at a high temperature, it is possible to obtain combustible gas, as it contains components with interesting calorific value, such as carbon monoxide, hydrogen, methane and other.
Tuttavia, le caratteristiche chimico-fisiche del gas possono variare in modo significativo in funzione delle condizioni in cui si effettua la gasificazione. However, the chemical-physical characteristics of the gas can vary significantly depending on the conditions in which the gasification is carried out.
Sono attualmente noti gasgeneratori, altrimenti detti gasogeni, i quali consentono di ottenere gas combustibile dall'ossidazione di materiali quali quelli precedentemente elencati. Gas generators, otherwise known as gas generators, are currently known, which make it possible to obtain combustible gas from the oxidation of materials such as those listed above.
Tuttavia, i gasgeneratori di tipo noto hanno l'inconveniente di essere realizzati per lo più in un pezzo unico e quindi risentono di gravi inconvenienti per quanto riguarda la manutenzione, non potendo sostituire rapidamente le parti usurate. However, known gas generators have the drawback of being made mostly in a single piece and therefore suffer from serious problems as regards maintenance, as they cannot quickly replace worn parts.
Inoltre, dato che i gasgeneratori possono funzionare con differenti tipi di materiali (combustibili) che variano fra loro per dimensioni geometriche ed intrinseca qualità, occorre provvedere a sostituire parti funzionali connesse proprio con l'alimentazione di tali differenti materiali. Furthermore, since gas generators can operate with different types of materials (fuels) which vary in their geometric dimensions and intrinsic quality, it is necessary to replace functional parts connected precisely with the power supply of these different materials.
Nel caso di gasgeneratori di tipo noto, tale sostituzione non risulta possibile o in ogni caso non è assolutamente agevole passare dall'impiego di un materiale combustibile ad uno di tipo differente. In the case of known types of gas generators, this replacement is not possible or in any case it is not absolutely easy to switch from the use of a combustible material to one of a different type.
Tutto ciò comporta una efficienza estremamente limitata, dovuta anche al fatto che la maggior parte dei gasgeneratori di tipo noto operano per cariche successive, ossia in modo discontinuo. Pertanto, questi gasgeneratori di tipo noto devono essere continuamente sorvegliati al fine di immettere nuovo materiale quando quello precedentemente alimentato è esaurito. All this entails an extremely limited efficiency, also due to the fact that most of the known gas generators operate for successive charges, ie in a discontinuous manner. Therefore, these known gas generators must be continuously monitored in order to introduce new material when the previously fed one is exhausted.
Anche questo fattore si rivela essere estremamente limitante per un impiego su scala industriale dei gasgeneratori. This factor also proves to be extremely limiting for the use of gas generators on an industrial scale.
Compito precipuo del presente trovato è quello di realizzare un gasgeneratore per combustibili solidi, che abbia una costruzione modulare, tale da consentire rapide sostituzioni di sue parti componenti. The aim of the present invention is to provide a gas generator for solid fuels, which has a modular construction, such as to allow rapid replacement of its component parts.
Nell'ambito di questo compito, uno scopo del presente trovato è quello di realizzare un gasgeneratore per combustibili solidi che possa essere alimentato in continuo, in modo da aumentare l'efficienza di impiego. Within the scope of this aim, an object of the present invention is to provide a gas generator for solid fuels which can be fed continuously, so as to increase the efficiency of use.
Un ulteriore scopo del presente trovato è quello di realizzare un gasgeneratore per combustibili solidi che consenta, raggiunte condizioni stabili di esercizio dopo la prima accensione di avviamento, di ottenere una qualità di gas costante e tale da poter alimentare motori a scoppio o turbine senza effetti negativi su questi. A further object of the present invention is to provide a gas generator for solid fuels which allows, once stable operating conditions have been reached after the first starting ignition, to obtain a constant gas quality and such as to be able to power internal combustion engines or turbines without negative effects. On these.
Non ultimo scopo del presente trovato è quello di realizzare un gasgeneratore per combustibili solidi che sia di elevata affidabilità, di relativamente semplice realizzazione ed a costi competitivi. Not least object of the present invention is to provide a gas generator for solid fuels which is highly reliable, relatively simple to manufacture and at competitive costs.
Questo compito, nonché questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da un gasgeneratore per combustibili solidi, caratterizzato dal fatto di comprendere un componente esterno ed un componente interno disposti tra loro coassiali, in modo tale che tra detto componente interno e detto componente esterno sia definita una camera sostanzialmente anulare, detto componente interno essendo suddiviso in una porzione di sommità, una porzione di serbatoio ed una porzione di reazione, detta porzione di sommità essendo chiusa da un coperchio condensatore mobile, la costruzione di detto gasgeneratore essendo di tipo modulare. This task, as well as these and other purposes which will appear better later, are achieved by a gas generator for solid fuels, characterized in that it comprises an external component and an internal component arranged coaxial with each other, so that between said internal component and said external component is defined as a substantially annular chamber, said internal component being divided into a top portion, a tank portion and a reaction portion, said top portion being closed by a mobile condenser cover, the construction of said gas generator being of the modular.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva, del gasgeneratore secondo il presente trovato, illustrata a titolo indicativo e non limitativo negli uniti disegni, in cui: Further characteristics and advantages of the invention will become clearer from the description of a preferred but not exclusive embodiment of the gas generator according to the present invention, illustrated by way of non-limiting example in the accompanying drawings, in which:
la figura 1 illustra il gasgeneratore secondo il presente trovato; la figura 2 illustra, in vista in sezione, il gasgeneratore della figura 1; e Figure 1 illustrates the gas generator according to the present invention; Figure 2 is a sectional view of the gas generator of Figure 1; And
la figura 3 illustra, in vista in sezione in esploso, il gasgeneratore illustrato nelle figure 1 e 2. Figure 3 is an exploded sectional view of the gas generator illustrated in Figures 1 and 2.
Con riferimento alle sopra citate figure, il gasgeneratore secondo il presente trovato, globalmente indicato dal numero di riferimento 1, comprende due compartimenti, di tipo cilindro-conici, coassiali, rispettivamente indicati con i numeri di riferimento 2 per il compartimento interno e 3 per il compartimento esterno. With reference to the aforementioned figures, the gas generator according to the present invention, globally indicated by the reference number 1, comprises two compartments, of the cylindrical-conical type, coaxial, respectively indicated with the reference numbers 2 for the internal compartment and 3 for the external compartment.
Il compartimento interno comprende, a partire dalla sommità del gasgeneratore, verso il basso del medesimo, un coperchio condensatore 4 il quale è appoggiato alla porzione di sommità 29 sottostante entro un anello, 5, contenente acqua fluente, con funzione di guardia idraulica con livello di sicurezza antiscoppio. The internal compartment comprises, starting from the top of the gas generator, towards the bottom of the same, a condenser cover 4 which rests on the top portion 29 below within a ring, 5, containing flowing water, with the function of hydraulic guard with level of explosion safety.
La fascia perimetrale del coperchio di appoggio entro 1<1>anello 5 di guardia idraulica della porzione di sommità 29 non è continua, ma possiede delle svasature, che consentono lo scarico dei condensati in base al principio dei vasi comunicanti. The perimeter band of the support cover within the hydraulic guard ring 5 of the top portion 29 is not continuous, but has flaring, which allow the condensates to be discharged according to the principle of communicating vessels.
Il coperchio condensatore 4 è dotato di bulloni direzionali 6 e molle 7, i quali hanno lo scopo di consentire un sollevamento del coperchio condensatore 4, con un'escursione data dalla lunghezza dei bulloni 6, con ammortizzazione data dalle molle 7. The condenser cover 4 is equipped with directional bolts 6 and springs 7, which have the purpose of allowing lifting of the condenser cover 4, with an excursion given by the length of the bolts 6, with damping given by the springs 7.
La funzione del coperchio condensatore 4 è quello di isolare due ambienti, quello interno al componente interno 2, che costituisce la massima parte del nucleo del gasgeneratore, dall'aria atmosferica esterna, e di consentire la condensazioni di vapori provenienti dal combustibile solido in essiccazione e reazione ed il loro conseguente scarico all'esterno, attraverso l'anello della guardia idraulica. The function of the condenser cover 4 is to isolate two environments, the one inside the internal component 2, which constitutes the majority of the core of the gas generator, from the external atmospheric air, and to allow the condensation of vapors coming from the solid fuel being dried and reaction and their consequent discharge to the outside, through the ring of the hydraulic guard.
Il numero di riferimento 10 indica un'apertura di uscita del condensato e dell'acqua di guardia idraulica, mentre il numero di riferimento 11 indica un'apertura di ingresso dell'acqua di guardia idraulica. The reference number 10 indicates an outlet opening for the condensate and the hydraulic guard water, while the reference number 11 indicates an inlet opening for the hydraulic guard water.
La prevista mobilità del coperchio condensatore 4 consente di eliminare, attraverso il suo sollevamento, rispetto alla porzione di sommità 5 del componente interno 2, con repentini sfoghi di gas quando necessari, la pericolosità di eventuali bruschi aumenti di pressione interna causati da occasionali aumenti di reattività. The foreseen mobility of the condenser cover 4 allows to eliminate, by lifting it, with respect to the top portion 5 of the internal component 2, with sudden gas outlets when necessary, the danger of any sudden increases in internal pressure caused by occasional increases in reactivity .
La porzione di sommità 5 del serbatoio del combustibile solido è unita, nella sua porzione inferiore, sia ad una sottostante parte mediana del serbatoio del combustibile solido, indicata dal numero di riferimento 12, sia lateralmente alla parte alta del componente esterno del gasgeneratore, 3. The top portion 5 of the solid fuel tank is joined, in its lower portion, both to an underlying median part of the solid fuel tank, indicated by the reference number 12, and laterally to the upper part of the external component of the gas generator, 3.
Il collegamento con la parte alta del componente esterno avviene mediante flangiature 14. The connection with the upper part of the external component is made by means of flanges 14.
La porzione di sommità 5 del componente interno, è inoltre dotata di un condotto 15 di alimentazione del combustibile in pezzi. The top portion 5 of the internal component is also provided with a duct 15 for supplying the fuel in pieces.
Il numero di riferimento 13 indica invece un'uscita del gas combustibile, disposto in corrispondenza della porzione di sommità 5 del componente interno 2. The reference number 13, on the other hand, indicates an outlet for the combustible gas, arranged in correspondence with the top portion 5 of the internal component 2.
In corrispondenza della porzione di sommità 5 si apre inoltre un'apertura 18 che consente l'introduzione di riducente entro la camera definita sostanzialmente dalla porzione mediana del componente interno e dalla sua porzione inferiore. In correspondence with the top portion 5 an opening 18 also opens which allows the introduction of the reducing agent into the chamber defined substantially by the median portion of the internal component and its lower portion.
La funzione della porzione di sommità 5 del componente interno 2 è quella di ricevere il combustibile in arrivo da una coclea alimentatrice che si interfaccia all'apertura 15, controllare il livello del sistema mediante sonda appropriata, consentire l'efflusso verso l'alto dei vapori di umidità e garantire l'integrità di tutta l'apparecchiatura mediante la sicurezza della guardia idraulica e relativo coperchio mobile 4. The function of the top portion 5 of the internal component 2 is to receive the incoming fuel from a feeding screw which interfaces with the opening 15, to control the level of the system by means of an appropriate probe, to allow the upward flow of the vapors of humidity and guarantee the integrity of all the equipment by means of the safety of the hydraulic guard and relative mobile cover 4.
La parte mediana 12 del serbatoio del combustibile solido, è realizzata preferibilmente in acciaio inossidabile ed è a sagoma cilindrica per la parte superiore e troncoconica inversa per la parte inferiore, onde consentire un facile scorrimento del materiale. Le due zone sono saldate fra di loro a tenuta stagna. The median part 12 of the solid fuel tank is preferably made of stainless steel and has a cylindrical shape for the upper part and an inverse truncated cone shape for the lower part, in order to allow an easy sliding of the material. The two areas are welded together watertight.
La porzione mediana 12 del componente interno 2 è inoltre dotata nella parte interna di alette 19 di qualità, dimensione, numero e posizione tali da non impedire l'uscita regolare del combustibile solido verso la zona di reazione. The median portion 12 of the internal component 2 is also provided in the internal part with fins 19 of such quality, size, number and position as not to prevent the regular exit of the solid fuel towards the reaction zone.
Tali alette consentono di realizzare superfici di scambio aggiuntive e sono inoltre previsti nella parte perimetrale esterna semitubi metallici 20 che hanno lo scopo anch'essi di scambiare, in modo ottimale, calore dal gas caldo, proveniente dalle zone di reazione effluente dal basso verso l'alto, per trasmetterlo in modo adiabatico al solido che all'interno del serbatoio scende dall'alto verso le zone di reazione. These fins make it possible to create additional exchange surfaces and are also provided in the outer perimeter part metal half-tubes 20 which also have the purpose of exchanging, in an optimal way, heat from the hot gas, coming from the effluent reaction zones from the bottom towards the high, to transmit it adiabatically to the solid which, inside the tank, descends from above towards the reaction zones.
Tale calore serve all'essiccazione del combustibile solido ed al mantenimento dei livelli termici coinvolti nelle reazioni di trasformazione piro-tecnologica di esso. This heat is used to dry the solid fuel and to maintain the thermal levels involved in the pyro-technological transformation reactions of it.
Verso il fondo della parte troncoconica inversa del componente interno 2, indicata dal numero di riferimento 21, sono previsti dispositivi rompiponte 22, i quali sono inseriti entro la porzione 21, con andamento inclinato. Tali sistemi rompiponte vengono mossi idraulicamente a stantuffo, per conseguire sostanzialmente il seguente risultato: Towards the bottom of the reverse frusto-conical part of the internal component 2, indicated by the reference number 21, bridge breakers 22 are provided, which are inserted inside the portion 21, with an inclined course. These bridge breaker systems are moved hydraulically with a piston, to substantially achieve the following result:
sgretolamento e conseguente scorrimento del combustibile solido citato, verso il fondo della porzione troncoconica e verso quindi la zona di gasifreazione. crumbling and consequent flow of the solid fuel mentioned, towards the bottom of the truncated cone portion and therefore towards the gasifreaction zone.
La porzione 21 della camera di combustibile si raccorda con una porzione 24, inferiore, che costituisce il reattore (porzione di reazione) o parte bassa del componente interno. Tale porzione, anch'essa in materiale di acciaio altamente termoresistente, comprende una griglia dosatrice mobile, 25, avente maglie di dimensioni adatte al dosaggio del combustibile solido in utilizzo corrente, ed almeno uno e preferibilmente una pluralità di ugelli 26, per l'iniezione di un agente ossidante che può essere: aria normale, aria arricchita di ossigeno, ossigeno puro. The portion 21 of the fuel chamber is connected to a lower portion 24 which constitutes the reactor (reaction portion) or lower part of the internal component. This portion, also made of highly heat-resistant steel material, comprises a movable metering grid, 25, having meshes of suitable size for dosing the solid fuel in current use, and at least one and preferably a plurality of nozzles 26, for injection of an oxidizing agent which can be: normal air, oxygen enriched air, pure oxygen.
La costruzione e l'installazione geometrica degli ugelli 26, con disposizione radiale attorno alla porzione 24, è tale da garantire all'ossidante velocità di uscita di impatto sul combustibile elevate ed angoli di efflusso rispetto al piano ad esempio di almeno 10° e rispetto all'orizzontale ad esempio di almeno 15°. The construction and geometric installation of the nozzles 26, with a radial arrangement around the portion 24, is such as to guarantee the oxidizer high output speed of impact on the fuel and outflow angles with respect to the plane, for example of at least 10 ° and with respect to the horizontal for example by at least 15 °.
Gli ugelli sono alimentati in modo stagno da condotti metallici, costruiti in acciaio, e connessi a valvole dosatrici esterne, installate con sistemazione opportuna per garantire un perfetta separazione dei fluidi in contrasto. The nozzles are fed in a watertight manner by metal ducts, made of steel, and connected to external metering valves, installed with suitable arrangements to ensure perfect separation of the contrasting fluids.
I condotti, estendendosi per una certa dimensione nella fascia tra componente interno 2 e componente esterno 3, ed essendo quindi immersi nel flusso del gas caldo ascendente, consentono il preriscaldamento dell'ossidante, che al loro interno si muove in controcorrente verso la zona di reazione, con influenza positiva sulla reattività tra ossidante e combustibile in arrivo dall'alto e sulla facilitazione del processo di gasificazione. The ducts, extending for a certain size in the band between the internal component 2 and the external component 3, and therefore being immersed in the flow of the rising hot gas, allow the preheating of the oxidant, which inside them moves in countercurrent towards the reaction zone , with a positive influence on the reactivity between oxidant and fuel arriving from above and on the facilitation of the gasification process.
La porzione inferiore 24 o reattore comprende inoltre ingressi per accendini retrattili 27. The lower portion 24 or reactor further includes inlets for retractable lighters 27.
Il reattore inoltre è internamente dotato di un diaframma 28 forato che separa approssimativamente la zona di ossidazione, superiore dalla successiva zona di riduzione, inferiore, ed ossido-riduzione catalitica di terminazione. The reactor is also internally provided with a perforated diaphragm 28 which approximately separates the oxidation zone, upper from the subsequent reduction zone, lower, and termination catalytic redox.
Questa restrizione provoca un intenso mescolamento dei gas eliminando le vene fredde e favorendo il cracking degli eventuali catrami. This restriction causes an intense mixing of the gases, eliminating the cold veins and favoring the cracking of any tars.
Il componente esterno 3, altrimenti detto guscio esterno, comprende una porzione di sommità 30, preferibilmente realizzata in acciaio al carbonio, internamente rivestita con isolante di spessore e qualità adeguata, con spessore dell'isolamento termico che aumenta dalla flangia superiore 14, di raccordo con il componente interno 2, porzione alta 29 verso quella inferiore dove esso è praticamente doppio. The external component 3, otherwise called the external shell, comprises a top portion 30, preferably made of carbon steel, internally coated with insulation of adequate thickness and quality, with the thickness of the thermal insulation increasing from the upper flange 14, connecting with the internal component 2, the upper portion 29 towards the lower one where it is practically double.
La porzione 30 è perimetralmente dotata, in corrispondenza di una zona mediana esterna, di una staffatura rinforzata, 31, per il collegamento a tre gambe di sostegno 32 di tutta l'apparecchiatura, come illustrato nella figura 1. The portion 30 is peripherally equipped, in correspondence with an external median zone, with a reinforced stirrup, 31, for the connection to three supporting legs 32 of the whole apparatus, as illustrated in Figure 1.
In posizione sovrastante il rompiponte 22 è prevista una tubazione 33 di adduzione dell'ossidante di reazione (aria, aria arricchita di ossigeno od ossigeno puro), che viene introdotto mediante diverse valvole di regolazione (intercettabili a gruppi fino a tre a volta) per seguire le richieste della termodinamica del sistema; le valvole sono collegate ai condotti con opportuni sistemi a soffietto per il recupero delle dilatazioni imposte dalle variazioni delle temperature locali. La tubazione 33 è collegata agli ugelli 26. In the position above the bridge breaker 22 there is a pipe 33 for the adduction of the reaction oxidizer (air, air enriched with oxygen or pure oxygen), which is introduced by means of various regulation valves (which can be intercepted in groups of up to three at a time) to follow the demands of the thermodynamics of the system; the valves are connected to the ducts with suitable bellows systems for the recovery of the expansions imposed by the variations in local temperatures. The pipe 33 is connected to the nozzles 26.
La funzione della porzione 30 di guscio esterno è quella di contenere le relative parti interne del nucleo, ossia il serbatoio del combustibile, di collegare in modo stagno il componente interno 2 al componente esterno 3 mediante flangiatura e permettere lo sviluppo di una fascia anulare 23, e corrispondente volume, per il passaggio del gas combustibile diretto dal basso verso l'alto e l'esterno. The function of the portion 30 of the outer shell is to contain the relative internal parts of the core, i.e. the fuel tank, to connect the internal component 2 to the external component 3 in a watertight manner by means of flanging and to allow the development of an annular band 23, and corresponding volume, for the passage of the combustible gas directed from the bottom upwards and outwards.
Inoltre, alla porzione 30 è affidato il compito di supportare tutto il peso del gasgeneratore 1. Furthermore, the portion 30 is entrusted with the task of supporting the entire weight of the gas generator 1.
La porzione 30, di conformazione sostanzialmente cilindrica, si raccorda in una porzione sostanzialmente troncoconica 35, con la conicità rivolta verso il basso, con lo spessore aumentato dell'isolamento termico. The portion 30, having a substantially cylindrical shape, is joined in a substantially frusto-conical portion 35, with the taper facing downwards, with the increased thickness of the thermal insulation.
La porzione troncoconica 35 si raccorda infine in una porzione terminale cilindrica 36, di diametro inferiore rispetto alla porzione cilindrica 30. The frusto-conical portion 35 finally joins in a cylindrical terminal portion 36, with a smaller diameter than the cylindrical portion 30.
Nel volume corrispondente alla fascia anulare 23 è contenuto normalmente del carbone di produzione autonoma, o di provenienza esterna, alimentato attraverso le relative flange di supporto. The volume corresponding to the annular band 23 normally contains coal of autonomous production, or of external origin, fed through the relative support flanges.
Inoltre, la porzione terminale 36 del guscio esterno o componente esterno 3, è internamente dotata di placche ceramiche 38, ad alto contenuto di allumina, disposte radialmente con funzione di catalizzatore di cracking di eventuali catrami ancora nel gas. Furthermore, the terminal portion 36 of the external shell or external component 3 is internally equipped with ceramic plates 38, with a high alumina content, arranged radially with the function of cracking catalyst of any tars still in the gas.
In posizione sottostante le placche ceramiche, è prevista una griglia 39 movimentata da un meccanismo di scuotimento idraulico, 40, il quale consente di scuotere la griglia per la separazione delle ceneri prodotte nella reazione. In a position below the ceramic plates, a grid 39 is provided, moved by a hydraulic shaking mechanism, 40, which allows the grid to be shaken to separate the ashes produced in the reaction.
In posizione sottostante la griglia 39, è prevista una coclea a spirale 45 per l'estrazione in continuo delle ceneri citate, che vengono quindi emesse da un condotto di scarico 41. In a position below the grate 39, a spiral auger 45 is provided for the continuous extraction of the aforementioned ashes, which are then emitted from an exhaust duct 41.
La coclea 45 è alloggiata entro un tubo flangiato di supporto 42. The auger 45 is housed within a flanged support tube 42.
La funzione svolta dalla porzione terminale 36 del guscio esterno 3 è quella di contenere le relative parti interne del componente interno 2, di collegare in modo stagno la porzione 35 del guscio esterno 3 con un tappo di fondo 43, che sarà descritto in seguito, e di permettere inoltre lo sviluppo della fascia anulare 23 per il passaggio del gas combustibile diretto dal basso verso l'alto e l'esterno. The function performed by the terminal portion 36 of the outer shell 3 is to contain the relative inner parts of the inner component 2, to connect the portion 35 of the outer shell 3 in a watertight manner with a bottom plug 43, which will be described later, and to further allow the development of the annular band 23 for the passage of the fuel gas directed from the bottom upwards and outwards.
Il tappo terminale, 43, costituisce supporto termoisolato della spirale 45 di estrazione delle ceneri provenienti dalla combustione del combustibile solido. The end cap 43 constitutes a heat-insulated support of the spiral 45 for extracting the ashes coming from the combustion of solid fuel.
La funzione del tappo di fondo 43 è principalmente ispettiva, in quanto la sua asportazione momentanea consente di intervenire dal basso per modificare situazioni anomale eventualmente verificantisi all'interno ed in corrispondenza del fondo del gasgeneratore quale: The function of the bottom cap 43 is mainly inspection, as its momentary removal allows to intervene from below to modify any anomalous situations that may occur inside and at the bottom of the gas generator such as:
- de-agglomerazione di eventuali ceneri fuse; - de-agglomeration of any melted ash;
- de-agglomerazione e fluidificazione eventuale di blocchi del combustibile solido; - de-agglomeration and possible fluidization of solid fuel blocks;
- esame dello stato operativo della griglia di separazione delle ceneri prodotte nella combustione gasificante del combustibile; - examination of the operational status of the separation grate of the ashes produced in the gasifying combustion of the fuel;
- sblocco eventuale della coclea 40 di estrazione delle ceneri, quando necessario. - possible release of the ash extraction screw 40, when necessary.
Le ceneri, emesse dal condotto di scarico 41, vengono scaricate in una vasca 46 contenente acqua corrente, per il loro smaltimento ecologico. The ashes, emitted from the discharge duct 41, are discharged into a tank 46 containing running water, for their ecological disposal.
Con riferimento alle sopra citate figure, il funzionamento del gasgeneratore secondo il presente trovato è come segue. With reference to the aforementioned figures, the operation of the gas generator according to the present invention is as follows.
Il combustibile solido, che deve essere gasificato, viene alimentato al gasgeneratore 1 mediante una coclea di alimentazione alloggiata nella conduttura di alimentazione 15, funzionante su comando di un controllore di livello che prende il segnale dall'interno del serbatoio di arrivo e stoccaggio, ossia la porzione di sommità 5 del componente interno 2. The solid fuel, which must be gasified, is fed to the gas generator 1 by means of a feed screw housed in the supply pipe 15, which operates on the command of a level controller which takes the signal from inside the arrival and storage tank, i.e. the top portion 5 of the internal component 2.
Come precauzione fondamentale, il combustibile viene introdotto al gasificatore con l'utilizzo di un sistema a camera neutra, isolata da speciali valvole a ghigliottina, in modo che la parte interna del gasificatore, contenente fluidi e prodotti combustibili, rimanga sempre separata dall'aria atmosferica esterna, che potrebbe entrare in modo incontrollato; in effetti, l'introduzione dell'ossidante per le reazioni di ossidazione necessarie alla gasificazione, viene effettuata in modo controllato. As a fundamental precaution, the fuel is introduced to the gasifier using a neutral chamber system, isolated by special guillotine valves, so that the internal part of the gasifier, containing fluids and combustible products, is always separated from the atmospheric air. external, which could enter in an uncontrolled way; in fact, the introduction of the oxidant for the oxidation reactions necessary for gasification is carried out in a controlled manner.
Il combustibile solido fluisce in modo continuativo dall'alto verso il basso, dove si trovano le zone reattive, e permane nel serbatoio, indicato genericamente dai numeri di riferimento 12 e 21, per un certo tempo di residenza. The solid fuel flows continuously from top to bottom, where the reactive areas are located, and remains in the tank, generally indicated by the reference numbers 12 and 21, for a certain residence time.
Il tempo di residenza associato alla presenza delle superfici di scambio, costituite dalle alette 19, e da semitubi esterni 20, consente un graduale innalzamento della temperatura del materiale solido discendente, a spese del calore trasmesso dal gas che fluisce all'esterno. The residence time associated with the presence of the exchange surfaces, consisting of the fins 19, and of external half-tubes 20, allows a gradual increase in the temperature of the descending solid material, at the expense of the heat transmitted by the gas flowing outside.
Il gradiente termico che si viene ad instaurare consente l'individuazione di due zone del corpo del contenitore: The resulting thermal gradient allows the identification of two areas of the container body:
zona di preriscaldamento ed essiccazione in cui il materiale solido tende a perdere la sua umidità che in parte viene condensata nelle zone superiori del serbatoio e nel tetto di queste, costituito dal coperchio, con estromissione tramite la guardia idraulica, il resto prosegue verso la zona inferiore per reagire con il carbone trasformandosi in idrogeno e monossido di carbonio combustibili. preheating and drying area in which the solid material tends to lose its moisture which is partially condensed in the upper areas of the tank and in the roof of these, consisting of the lid, with removal by the hydraulic seal, the rest continues towards the lower area to react with coal to turn into combustible hydrogen and carbon monoxide.
La seconda zona è la zona di pirolisi o termodegradazione in ambiente inerte in cui, in funzione della natura e composizione del materiale in processo, si vengono a formare prodotti come il carbone a più elevato contenuto di carbonio, vapori organici diversi, gas più o meno ricchi di prodotti combustibili. The second zone is the pyrolysis or thermodegradation zone in an inert environment in which, depending on the nature and composition of the material being processed, products such as coal with a higher carbon content, different organic vapors, more or less gases are formed. rich in combustible products.
Con l'aiuto, se necessario, del rompiponte 22, ed il rallentamento controllato dalla griglia di dosaggio 25, l'insieme delle sostanze generantisi in queste due zone prosegue verso il basso ed entra nella porzione di reazione indicata dal numero di riferimento 24. Questa zona è delimitata superiormente dalla griglia di dosaggio ed inferiormente dalla griglia 39. With the help, if necessary, of the bridge breaker 22, and the slowing down controlled by the dosing grid 25, the set of substances generated in these two areas continues downwards and enters the reaction portion indicated by the reference number 24. This The area is delimited at the top by the dosing grid and at the bottom by the grid 39.
Nella prima parte di tale zona, avviene prevalentemente la reazione di ossidazione con innalzamento in generale della temperatura, che può oscillare tra 1200 e 1300°C. In the first part of this zone, the oxidation reaction occurs mainly with a general rise in temperature, which can oscillate between 1200 and 1300 ° C.
Ciò si può verificare nel gasgeneratore secondo il trovato in quanto lo stato entalpico del sistema in tale zona riceve il contributo di tre fattori : This can occur in the gas generator according to the invention since the enthalpy state of the system in this area receives the contribution of three factors:
elevata temperatura del combustibile che ha subito un preriscaldamento dovuto ai gas caldi che fluiscono nell'intercapedine tra il guscio esterno ed il componente interno; high temperature of the fuel which has undergone a preheating due to the hot gases flowing in the interspace between the outer shell and the inner component;
elevata temperatura dell'ossidante che, immesso dagli ugelli 33, proviene da condotti riscaldati anch'essi dal gas effluente; high temperature of the oxidizer which, introduced by the nozzles 33, comes from ducts which are also heated by the effluent gas;
alto sviluppo di calore dovuto alle varie reazioni di ossidazione esotermiche previste in questo punto, con formazione prevalente di anidride carbonica ed acqua. high heat development due to the various exothermic oxidation reactions foreseen in this point, with the prevalent formation of carbon dioxide and water.
Nella seconda parte, delimitata inferiormente dalla griglia e contenente un letto di carbone incandescente, avvengono prevalentemente le reazioni endotermiche di riduzione dell'anidride carbonica e dell'acqua, a mezzo del carbone incandescente, con formazione di ossido di carbonio ed idrogeno. In the second part, delimited below by the grid and containing a bed of incandescent coal, the endothermic reactions of reduction of carbon dioxide and water mainly take place, by means of incandescent coal, with the formation of carbon monoxide and hydrogen.
Nel contempo le piccole quantità di catrami eventualmente presenti nei gas, attraversando il letto di carbone incandescente, subiscono un processo di cracking che, all'occorrenza si completa con la partecipazione catalitica delle placche ceramiche 38. At the same time, the small quantities of tars possibly present in the gases, passing through the incandescent coal bed, undergo a cracking process which, if necessary, is completed with the catalytic participation of the ceramic plates 38.
L'assorbimento di calore nelle reazioni di riduzione associato alle varie dispersioni termiche, fa sì che la temperatura del gas scenda ai valori termodinamici di equilibrio previsti attorno a circa 950-1000°C. The absorption of heat in the reduction reactions associated with the various thermal dispersions causes the gas temperature to drop to the expected equilibrium thermodynamic values of around 950-1000 ° C.
Le ceneri che cadono dalla griglia 39, automaticamente scossa dal sistema idraulico 40 possono essere asportate in continuo dalla spirale della coclea 45 precedentemente illustrata, verso la vasca ad acqua corrente, per lo smaltimento. The ashes falling from the grate 39, automatically shaken by the hydraulic system 40, can be continuously removed from the spiral of the screw conveyor 45 previously illustrated, towards the running water tank, for disposal.
Il gas che si forma alla fine dei tre stati di reazione, "ossidazione", "riduzione", "ossido-riduzione catalitica" contiene prodotti combustibili quali ossido di carbonio, idrogeno, metano ed altri prodotti incombustibili quali acqua, anidride carbonica ed azoto. The gas formed at the end of the three reaction states, "oxidation", "reduction", "catalytic redox" contains combustible products such as carbon monoxide, hydrogen, methane and other non-combustible products such as water, carbon dioxide and nitrogen.
La composizione percentuale di ciascun componente nel gas, e pertanto il potere calorifico di esso, variano in funzione della portata, tipo, composizione, umidità del combustibile solido alimentato al gasificatore, come pure della portata, tipo, composizione dell'ossidante utilizzato. Ciò significa che nei gasgeneratori discontinui, che vengono alimentati con cariche susseguenti, la qualità del gas è variabile in ogni momento del periodo di esercizio. Al contrario, nel gasificatore secondo il trovato, e con la metodologia di conduzione connessa, raggiunte condizioni stabili di esercizio dopo la prima accensione di avviamento, la qualità del gas rimane costante in quanto l'alimentazione dosata di combustibile ossidante garantisce questo indiscutibile vantaggio. The percentage composition of each component in the gas, and therefore its calorific value, vary according to the flow rate, type, composition, humidity of the solid fuel fed to the gasifier, as well as the flow rate, type, composition of the oxidant used. This means that in discontinuous gas generators, which are fed with subsequent charges, the quality of the gas is variable at any time during the operating period. On the contrary, in the gasifier according to the invention, and with the connected conduction methodology, once stable operating conditions have been reached after the first starting ignition, the quality of the gas remains constant since the metered supply of oxidizing fuel guarantees this indisputable advantage.
Si è in pratica constatato come il gasgeneratore secondo il trovato assolva pienamente il compito nonché gli scopi prefissati, in quanto consente di essere alimentato in continuo, in virtù del controllo del materiale solido alimentato, garantendo quindi una qualità di gas combustibile sempre costante. In practice it has been found that the gas generator according to the invention fully achieves the intended aim and objects, since it allows it to be fed continuously, by virtue of the control of the solid material fed, thus guaranteeing an always constant quality of combustible gas.
Inoltre, il gasgeneratore secondo il trovato, essendo realizzato da una pluralità di elementi componibili, fa prevedere una manutenzione semplificata, proprio in virtù della sua modularità. Furthermore, the gas generator according to the invention, being made up of a plurality of modular elements, provides for simplified maintenance, precisely by virtue of its modularity.
Il gasgeneratore così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti. The gas generator thus conceived is susceptible of numerous modifications and variations, all of which are within the scope of the inventive concept; moreover, all the details can be replaced by other technically equivalent elements.
In pratica, i materiali impiegati, nonché le dimensioni e le forme contingenti, potranno essere qualsiasi secondo le esigenze e lo stato della tecnica. In practice, the materials used, as well as the contingent shapes and dimensions, may be any according to requirements and to the state of the art.
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