RU2147601C1

RU2147601C1 - Solid-fuel gas generator

Info

Publication number: RU2147601C1
Application number: RU96103952A
Authority: RU
Inventors: Иван Иванович Лиштван; Игорь Степанович Нашкевич; Авенир Афанасьевич Терентьев; Петр Леонтьевич Фалюшин; Валерий Александрович Буслов; Василий Григорьевич Кисель; Владимир Матвеевич Вакунов; Владимир Васильевич Коханский; Сергей Николаевич Данилевич
Original assignee: Институт проблем использования природных ресурсов и экологии АН Беларуси
Priority date: 1995-02-27
Filing date: 1996-02-28
Publication date: 2000-04-20

Abstract

FIELD: solid fuel gasification. SUBSTANCE: invention relates to gasification of peat, peat briquettes, firewood, wood wastes, vegetable remains, household and industrial wastes in installations for heating a variety of rooms, water, and air, for drying wet materials, grain, fuels, etc. Gas generator comprises lined casing with furnace gate, fuel hopper with charging port, ash chamber, and vaulted splitter. Ash chamber has gate for discharging ashes and fresh air-supply and -control device. Vaulted splitter is mounted inside the casing. Below, there are gas-removal hole with flue tube inside it and vertically displaceable fire-grate. Flue tube has secondary air-supply and -control device. Gas generator is provided with adjustable vanes mounted inside the casing. Vane pivot shafts are oriented in parallel with splitter. The latter is provided with vertical plate in its upper part. Adjustable vanes, splitter, and vertical plate are equipped with ties. EFFECT: extended versatility of installation and improved its reliability. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для газификации твердых топлив и может быть использовано для газификации торфа, торфяных брикетов, дров, древесных отходов, растительных остатков, бытового и промышленного мусора, в установках для отопления различных помещений, подогрева воды и воздуха, сушки влажных материалов, зерна, топлив и др. целей. The invention relates to devices for gasification of solid fuels and can be used for gasification of peat, peat briquettes, firewood, wood waste, plant residues, household and industrial waste, in installations for heating various rooms, heating water and air, drying wet materials, grain, fuels and other purposes.

Известен шахтный газогенератор Пинча, содержащий корпус с внутренней футеровкой, ступенчатые решетки и сводчатый рассекатель слоя топлива, под которым расположено отверстие для отвода газа. В нижней части газогенератора установлены зольниковые дверцы и имеются отверстия для подачи атмосферного воздуха. Сверху газогенератора установлены люки для загрузки топлива (Рамбуш Н.Э. Газогенераторы (пер с англ.). ГОНТИ, М.-Л. 1939, стр. 270). Known mine Pinch gas generator, comprising a housing with an inner lining, step gratings and a vaulted divider of the fuel layer, under which there is a hole for gas exhaust. Ash pan doors are installed in the lower part of the gas generator and there are openings for supplying atmospheric air. Hatches for loading fuel are installed on top of the gas generator (Rambush N.E. Gas generators (translated from English). GONTI, M.-L. 1939, p. 270).

Газогенератор работает следующим образом. Загрузка топлива производится через загрузочные люки. Воздух поступает через отверстия, расположенные под решетками. The gas generator operates as follows. Fuel loading is made through loading hatches. Air enters through openings located under the grilles.

Удаление золы и очистка решеток производится через зольниковые дверцы. Removing ash and cleaning the grates is done through the ash pan doors.

Разложение образующихся смол осуществляется путем пропускания их совместно с газом сухой перегонки через раскаленные слои топлива. The decomposition of the resulting resins is carried out by passing them together with dry distillation gas through hot layers of fuel.

Однако конструкция газогенератора Пинча не обеспечивает возможности регулирования количества топлива, участвующего в процессе газификации. В нем не предусмотрена возможность разрушения зависшего слоя топлива между внутренними стенками и сводчатым рассекателем. However, the design of the Pinch gas generator does not provide the ability to control the amount of fuel involved in the gasification process. It does not provide for the possibility of destroying the hung fuel layer between the inner walls and the vaulted divider.

Существенным недостатком газогенератора Пинча является то, что в нем отсутствует возможность в случае необходимости прекращения подачи топлива в зону горения и он не может работать на различных по крупности топливах. A significant drawback of the Pinch gas generator is that it does not have the ability, if necessary, to stop supplying fuel to the combustion zone and it cannot operate on fuels of different sizes.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является газогенератор фирмы HERBST, в основу которого заложен газогенератор конструкции Пинча (Проспект фирмы HERBST GROUP "THE HERBST GASMISER", KILPOOLE HILL, WICKLOW, IRELAND. 1985). The closest in technical essence and the achieved positive effect is the HERBST gas generator, based on the Pinch gas generator (Prospect of the HERBST GROUP "THE HERBST GASMISER", KILPOOLE HILL, WICKLOW, IRELAND. 1985).

Газогенератор фирмы HERBST содержит корпус с внутренней футеровкой, подвижную с возможностью подъема-опускания колосниковую решетку с кулачковым механизмом подъема-опускания, топочную дверцу, шарнирно установленную за дверцей поворотную шторку, нижний край которой опирается на колосниковую решетку. Внутри верхней части корпуса установлен сводчатый рассекатель, под которым расположено отверстие для отвода газа со вставленной в него жаровой трубой. Жаровая труба снабжена поворотной крышкой-клапаном для подачи вторичного воздуха. На корпусе газогенератора установлен бункер с загрузочным люком. The HERBST gas generator comprises a housing with an inner lining, a grate with a cam mechanism for raising and lowering, movable with raising and lowering, a fire door, a hinged door pivotally mounted behind the door, the lower edge of which rests on the grate. Inside the upper part of the casing there is a vaulted divider, under which there is an opening for the removal of gas with a flame tube inserted into it. The flame tube is equipped with a rotary valve cover for supplying secondary air. A hopper with a loading hatch is installed on the body of the gas generator.

Возможность подъема-опускания колосниковой решетки позволяет регулировать в некоторых пределах производительность газогенератора за счет изменения высоты слоя топлива, находящегося над колосниковой решеткой. The possibility of raising and lowering the grate allows you to adjust to some extent the performance of the gas generator by changing the height of the layer of fuel above the grate.

Известный газогенератор работает следующим образом. Known gas generator works as follows.

Загрузка топлива в бункер осуществляется через загрузочный люк. Слой топлива удерживается сводчатым рассекателем. Растопка газогенератора осуществляется через топочную дверцу. Для розжига могут быть использованы щепа, дрова и др. горючие материалы, которые укладываются на колосниковую решетку. После розжига топочная дверца закрывается, а подача воздуха под тягой осуществляется через дверцу, которой регулируется количество подаваемого первичного воздуха. В этом газогенераторе, как и в газогенераторе Пинча разложение образующихся смол осуществляется путем пропускания их совместно с газом сухой перегонки через более горячие слои топлива. Fuel is loaded into the hopper through the loading hatch. The fuel layer is held by a vaulted divider. The kindling of the gas generator is carried out through the furnace door. For ignition, chips, firewood and other combustible materials can be used, which are stacked on the grate. After ignition, the furnace door closes, and air supply under the draft is carried out through the door, which controls the amount of primary air supplied. In this gas generator, as well as in the Pinch gas generator, the decomposition of the resulting resins is carried out by passing them together with dry distillation gas through the hotter layers of fuel.

Сжигание газа осуществляется в жаровой трубе, куда подается вторичный воздух. Далее раскаленный газ поступает в теплообменник, где происходит его догорание. Отдав тепло, газ через дымовую трубу выбрасывается в атмосферу. По мере сгорания топливо опускается вниз и через определенный промежуток времени производится загрузка следующей порции топлива. Gas is burned in a flame tube where secondary air is supplied. Then the hot gas enters the heat exchanger, where it burns out. Having given off heat, gas is emitted through the chimney into the atmosphere. As the fuel burns down, and after a certain period of time, the next portion of fuel is loaded.

Производительность газогенератора (выход тепла) регулируется посредством изменения подаваемого первичного и вторичного воздуха и тяги за счет изменения высоты слоя топлива на подвижной решетке путем подъема-опускания ее. The performance of the gas generator (heat output) is controlled by changing the supplied primary and secondary air and draft by changing the height of the fuel layer on the movable grid by raising and lowering it.

Недостатком конструкции известного газогенератора является то, что в нем ограничены пределы регулирования производительности, а следовательно и расхода топлива в широком диапазоне, кроме того, отсутствует возможность прекращения подачи топлива. В случае зависания топлива между боковыми стенками корпуса газогенератора и рассекателем отсутствует возможность оперативного устранения зависания. Известный газогенератор не может работать на различных по крупности топливах, так как в нем расстояние между боковыми стенками и рассекателем постоянное и при изменении крупности кусков топлива происходит его зависание или просыпание. A disadvantage of the design of the known gas generator is that it limits the regulation of performance, and therefore fuel consumption in a wide range, in addition, there is no possibility of stopping the supply of fuel. In the event of fuel freezing between the side walls of the gas generator housing and the divider, there is no possibility of prompt elimination of the freezing. The known gas generator cannot operate on fuels of different particle sizes, since in it the distance between the side walls and the divider is constant and when the size of the pieces of fuel changes, it hangs or spills.

Кроме того, ограничено использование различных по влажности топлив из-за ограниченной поверхности рассекателя. In addition, the use of different moisture fuels is limited due to the limited surface of the divider.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности и эффективности работы, расширение диапазона регулирования (производительности) и обеспечение возможности использования различных по крупности и влажности топлив. The objective of the present invention is to increase the reliability and efficiency, expanding the range of regulation (performance) and making it possible to use different in size and moisture fuels.

Поставленная задача решается тем, что известный газогенератор для твердого топлива, содержащий корпус с футеровкой и топочной дверцей, бункер для топлива с загрузочным люком, камеру для золы с дверцей для ее удаления и устройством для подачи и регулирования первичного воздуха, установленный внутри корпуса сводчатый рассекатель, под которым расположены, выполненное в корпусе отверстие для отвода газов со вставленной в него жаровой трубой с устройством для подачи и регулирования вторичного воздуха, и подвижная с возможностью подъема-опускания колосниковая решетка, снабжен поворотными лопастями, установленными внутри корпуса, оси поворота которых расположены параллельно рассекателю, а рассекатель в верхней части снабжен вертикальной пластиной, причем поворотные лопасти, рассекатель и вертикальная пластина снабжены поперечными ребрами. The problem is solved in that the known gas generator for solid fuel, comprising a housing with a lining and a furnace door, a fuel hopper with a loading hatch, an ash chamber with a door for its removal and a device for supplying and regulating primary air, a vault divider installed inside the housing, beneath which are located, an opening for removing gases in the housing with a flame tube inserted into it with a device for supplying and regulating secondary air, and movable with the possibility of lifting Kania grate provided with rotary blades, mounted within the housing, the rotation axes of which are arranged parallel spargers, and divider means is provided in the upper part of the vertical plate, the rotary blade, and a vertical divider plate is provided with transverse ribs.

Наличие поворотных лопастей обеспечивает возможность регулирования подачи топлива, а, соответственно, и производительности, полное прекращение подачи топлива, использование различных по крупности топлив за счет изменения ширины щели между поворотными лопастями и рассекателем, устранение зависания топлива. The presence of rotary blades provides the ability to control the fuel supply, and, accordingly, the productivity, complete cessation of fuel supply, the use of fuels of different sizes due to a change in the width of the gap between the rotary blades and the divider, and elimination of fuel hang.

Возможность использования различных по влажности топлив и повышение эффективности работы газогенератора обеспечивается путем существенного увеличения активных поверхностей за счет вертикальной пластины, поворотных лопастей и поперечных ребер. The possibility of using different moisture fuels and increasing the efficiency of the gas generator is ensured by a significant increase in active surfaces due to the vertical plate, rotary blades and transverse ribs.

На фиг. 1 схематически представлен предложенный газогенератор; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2. In FIG. 1 schematically shows the proposed gas generator; in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1; FIG. 3 - section BB in FIG. 2.

Газогенератор содержит корпус 1 с футеровкой 2, подвижную с возможностью подъема-опускания колосниковую решетку 3 с кулачковым механизмом подъема-опускания 4 и рычагами 5, дверцу 6 для розжига газогенератора и очистки колосниковой решетки 3, сводчатый рассекатель 7 с вертикальной пластиной 8 и поперечными ребрами 9. Рассекатель 7 установлен на кронштейнах 10. Под рассекателем 7 расположено отверстие 11 для отвода газов со вставленной в него жаровой трубой 12. Труба 12 покрыта слоем теплоизоляционного материала 13. Жаровая труба 12 снабжена устройством 14 для подачи и регулирования вторичного воздуха. В нижней части газогенератора размещена камера 15 для золы с дверцей 16 и устройством 17 для подачи и регулирования первичного воздуха. В верхней части газогенератора установлен бункер 18 для топлива с загрузочным люком 19. Вдоль боковых стенок газогенератора установлены поворотные лопасти 20 на осях 21 с рычагами 22. Оси 21 расположены горизонтально и симметрично продольной оси рассекателя 7. Поворотные лопасти 20 снабжены поперечными ребрами 23. Поворот лопастей 20 осуществляется посредством рычагов 22. The gas generator comprises a housing 1 with a lining 2, a grate 3 movable with the possibility of raising and lowering, with a cam lifting and lowering mechanism 4 and levers 5, a door 6 for igniting the gas generator and cleaning the grate 3, a vault divider 7 with a vertical plate 8 and transverse ribs 9 The divider 7 is mounted on the brackets 10. Under the divider 7 there is an opening 11 for exhaust gases with a heat pipe 12 inserted into it. The pipe 12 is coated with a layer of heat-insulating material 13. The heat pipe 12 is equipped with a device 14 ohms for feeding and adjusting secondary air. In the lower part of the gas generator there is a chamber 15 for ash with a door 16 and a device 17 for supplying and regulating primary air. In the upper part of the gas generator there is a fuel hopper 18 with a loading hatch 19. Along the side walls of the gas generator there are mounted rotary blades 20 on the axles 21 with levers 22. The axles 21 are horizontally and symmetrically to the longitudinal axis of the splitter 7. The rotary blades 20 are provided with transverse ribs 23. The rotation of the blades 20 is carried out by means of levers 22.

Предложенный газогенератор работает следующим образом. The proposed gas generator operates as follows.

Колосниковая решетка 3 посредством рычагов 5 кулачкового механизма 4 устанавливается в верхнее положение. Поворотные лопасти 20 посредством рычагов 22 подводятся вплотную к сводчатому рассекателю 7. При этом полностью перекрываются прямоугольные каналы для подачи топлива на колосниковую решетку 3. Затем через люк 19 бункер 18 заполняется топливом и плотно закрывается. Розжиг газогенератора осуществляется через дверцу 6. Для розжига могут быть использованы различные горючие материалы, которые укладываются на колосниковую решетку 3. После загорания растопочного материала на решетке 3, дверца 6 плотно закрывается. Затем поворотные лопасти 20 посредством рычагов плавно разводятся в нужное положение и на решетку 3 начинает подаваться топливо из бункера. Первичный воздух под действием тяги через устройство 17 подается под колосниковую решетку 3 и проходит через слой растопочного материала и основного топлива, обеспечивая их интенсивное горение, т.е. соединение кислорода (O₂), содержащегося в воздухе, с горючими частями топлива, главным образом с углеродом (C). В результате горения топлива получается диоксид углерода (C + O₂ = CO₂). В этой зоне, называемой зоной горения, кислород воздуха полностью расходуется. При этом происходит значительное выделение тепла. Температура в зоне горения достигает 1100-1300^oC. В расположенном над зоной горения слое топлива происходит процесс сухой перегонки, в результате которого из топлива выделяются газообразные и парообразные продукты, а само топливо превращается в кокс.The grate 3 by means of levers 5 of the cam mechanism 4 is installed in the upper position. The rotary blades 20 by means of levers 22 are brought close to the vaulted divider 7. In this case, the rectangular channels for supplying fuel to the grate 3 are completely blocked. Then, through the hatch 19, the hopper 18 is filled with fuel and tightly closed. Ignition of the gas generator is carried out through door 6. For ignition, various combustible materials can be used, which are stacked on the grate 3. After ignition of the kindling material on the grate 3, the door 6 is tightly closed. Then the rotary blades 20 by means of levers are smoothly moved to the desired position and fuel starts to be supplied to the grate 3 from the hopper. The primary air under the action of traction through the device 17 is fed under the grate 3 and passes through the layer of the kindling material and the main fuel, providing their intensive combustion, i.e. the combination of oxygen (O ₂ ) contained in air with combustible parts of the fuel, mainly with carbon (C). As a result of fuel combustion, carbon dioxide (C + O ₂ = CO ₂ ) is obtained. In this zone, called the combustion zone, air oxygen is completely consumed. In this case, significant heat generation occurs. The temperature in the combustion zone reaches 1100-1300 ^o C. In the layer of fuel located above the combustion zone, a dry distillation process takes place, as a result of which gaseous and vaporous products are released from the fuel, and the fuel itself turns into coke.

Пространство над зоной горения называется зоной сухой перегонки. Над ней находится зона подсушки, в которой топливо подвергается предварительному подсушиванию. The space above the combustion zone is called the dry distillation zone. Above it is a drying zone, in which the fuel is pre-dried.

Получающиеся продукты сгорания и пары проходят через слой кокса. Здесь под действием раскаленной поверхности негорючий CO₂ превращается в горючий - оксид углерода (CO) по реакции CO₂ + C = 2CO. В этой зоне происходит и разложение водяных паров, в результате чего получается также водород (H₂) и оксид углерода по реакции H₂O + C = CO + H₂ или при недостаточной температуре, водород и диоксид углерода 2H₂О + C = 2H₂ + CO₂. В состав горючего газа входит небольшое количество метана и др. углеводородов.The resulting combustion products and fumes pass through a layer of coke. Here, under the influence of a hot surface, non-combustible CO _{2 is} converted into combustible carbon monoxide (CO) by the reaction CO ₂ + C = 2CO. In this zone, water vapor decomposes as well, resulting in hydrogen (H ₂ ) and carbon monoxide by the reaction of H ₂ O + C = CO + H ₂ or at insufficient temperature, hydrogen and carbon dioxide 2H ₂ O + C = 2H ₂ + CO ₂ . Combustible gas contains a small amount of methane and other hydrocarbons.

Зона горения и восстановления вместе образуют активную зону газификации или активный слой топлива. The combustion and reduction zones together form an active gasification zone or an active layer of fuel.

Из активной зоны газы через отверстие 11 поступают в жаровую трубу 12, где происходит их сжигание, для чего в жаровую трубу через устройство 14 подается вторичный атмосферный воздух. From the core, the gases through the hole 11 enter the flame tube 12, where they are burned, for which secondary atmospheric air is supplied to the flame tube through the device 14.

Образующиеся продукты сухой перегонки (смолы, кислоты), проходя через активный слой топлива, частично сгорают, а частично подвергаются крекинг-процессу (разлагаются с выделением горючих газов) и не вызывают засмоления деталей установки, т.е. при этом обеспечивается получение бессмольного газа. The resulting dry distillation products (resins, acids), passing through the active layer of fuel, partially burn out, and partially undergo a cracking process (decompose with the release of combustible gases) and do not cause gumming of plant parts, i.e. this ensures the production of tar without gas.

Отдав тепло, газ выбрасывается через дымовую трубу в атмосферу. По мере сгорания столб топлива постепенно спускается вниз и после выгорания через определенный промежуток времени производится загрузка следующей порции топлива. Having given off heat, gas is released through the chimney into the atmosphere. As it burns, the fuel column gradually goes down and after burning out after a certain period of time, the next portion of fuel is loaded.

Производительность газогенератора (выход тепла) регулируется изменением количества топлива, участвующего в процессе. Это осуществляется путем подъема-опускания колосниковой решетки 3 и поворотом лопастей 20. Интенсивность процесса регулируется изменением подачи первичного воздуха посредством устройства 17, вторичного воздуха - посредством устройства 14 и заслонки дымовой трубы (не показана). The performance of the gas generator (heat output) is regulated by changing the amount of fuel involved in the process. This is done by raising and lowering the grate 3 and turning the blades 20. The intensity of the process is controlled by changing the supply of primary air through the device 17, secondary air through the device 14 and the chimney damper (not shown).

При необходимости быстрого прекращения подачи тепла в теплообменник поворотные лопасти 20 поворачиваются до упора в сводчатый рассекатель 7, в результате чего прекращается подача топлива из бункера в активную зону. Плотно закрывается крышка устройства 17 для подачи первичного воздуха. If it is necessary to quickly stop the heat supply to the heat exchanger, the rotary blades 20 are rotated all the way into the vaulted divider 7, as a result of which the fuel supply from the hopper to the active zone is stopped. The lid of the primary air supply device 17 is tightly closed.

Наличие поворотных лопастей 20 расширяет возможность использования различных по крупности топлив, путем изменения ширины канала между сводчатым рассекателем и поворотными лопастями 20. Наличие вертикальной пластины 8, поворотных лопастей 20, поперечных ребер 9 и 23 позволяет интенсифицировать процесс газификации за счет увеличения горячей поверхности. The presence of rotary blades 20 expands the possibility of using fuels of various sizes, by changing the width of the channel between the vaulted divider and rotary blades 20. The presence of a vertical plate 8, rotary blades 20, transverse ribs 9 and 23 makes it possible to intensify the gasification process by increasing the hot surface.

Интенсивность газификации реализуется за счет дополнительной подсушки топлива и увеличения доли газов термического разложения, образующихся при контакте топлива с рассекателем и поворотными пластинами. The intensity of gasification is realized due to additional drying of the fuel and an increase in the fraction of thermal decomposition gases generated by the contact of the fuel with the divider and the rotary plates.

При этом происходит снижение расхода топлива на 10-15% и повышение КПД процесса с 0,65 до 0,80. In this case, there is a decrease in fuel consumption by 10-15% and an increase in process efficiency from 0.65 to 0.80.

Предложенный газогенератор является простейшим и дешевым устройством. Использование его позволит во многих случаях заменить дорогое и дефицитное привозное топливо (нефть, газ, мазут, уголь и др.) местными дешевыми низкосортными горючими материалами (древесные отходы, кора, растительные остатки, бытовой и производственный мусор, торф, сапропель, лигнин и др.), сократить потребление электроэнергии и дорогостоящих жидких и газообразных (природный газ) энергоносителей. The proposed gas generator is the simplest and cheapest device. Using it will in many cases replace expensive and scarce imported fuel (oil, gas, fuel oil, coal, etc.) with local cheap low-grade combustible materials (wood waste, bark, plant residues, household and industrial waste, peat, sapropel, lignin, etc. .), reduce the consumption of electricity and expensive liquid and gaseous (natural gas) energy carriers.

Предложенный газогенератор позволяет сжигать местные виды топлива и др. горючие материалы с высокой тепловой эффективностью и существенно снизить количество загрязняющих выбросов в атмосферу по сравнению с существующими в настоящее время устройствами для прямого сжигания. The proposed gas generator allows you to burn local fuels and other combustible materials with high thermal efficiency and significantly reduce the amount of polluting emissions in the atmosphere in comparison with the currently existing devices for direct combustion.

Claims

1. A gas generator for solid fuel, comprising a housing with a lining and a furnace door, a fuel hopper with a loading door, an ash chamber with a door for its removal and a device for supplying and regulating primary air, an arched divider installed inside the housing, under which there is an opening for exhaust gas with a flame tube inserted into it with a device for supplying and regulating secondary air and a grate, movable with the possibility of raising and lowering, characterized in that it is equipped with rotary blades inside the case, the axis of rotation of which are parallel to the divider, and the divider in the upper part is equipped with a vertical plate.

2. The gas generator according to claim 1, characterized in that the rotary blades, the divider and the vertical plate are provided with transverse ribs.