RU220055U1 - Многостадийный газогенератор комбинированного дутья - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к теплоэнергетической, металлургической и химической промышленности и может быть использована для получения генераторного газа из твердого углеродсодержащего топлива. Технический результат, обеспечиваемый при осуществлении заявленной полезной модели, заключается в повышении эффективности работы многостадийного газогенератора комбинированного дутья, работающего в N вертикально ориентированных стадиях газификации в режимах прямого или обращенного процесса газификации. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Полезная модель относится к теплоэнергетической, металлургической и химической промышленности, и может быть использована для получения генераторного газа из твердого углеродсодержащего топлива.

Известен газогенератор обращенного процесса газификации, описанный в (DE3323675 А1, МПК С10В 1/04; С10В 53/02; C10J 3/26, опубл. 28.02.1985), содержащий конусообразную секцию с рабочей зоной, коаксиально расположенную внутри внутренней цилиндрической секции корпуса, на нижнем торце которого закреплена нижняя секция корпуса, дутьевую штангу, коаксиально расположенную внутри рабочей зоны и предназначенную для подачи газифицирующего агента внутрь рабочей зоны в режиме обращенного процесса газификации, при этом на упомянутой дутьевой штанге выполнены по крайней мере два ряда дутьевых отверстий, предназначенных для регулируемой подачи газифицирующего агента в рабочую зону 4 в режиме обращенного процесса газификации.

Недостатком известного газогенератора является низкая эффективность работы, т.к. использование натрия внутри внешней кольцевой камеры (5) ротора (2) во время работы газогенератора, при разгерметизации внешней кольцевой камеры (5), приведет к выплескиванию жидкого натрия в область реакционной зоны (6) смешению с кислородом и водяным паром газифицирующего агента и последующему взрыву, что недопустимо по условиям безопасной эксплуатации. Температура кипения натрия 883°С, удельная теплота парообразования 4220 кДж/кг, при этом теплоемкость воздуха 1 кДж/(кг⋅К), соответственно, для организации, приемлемой процессу газификации, теплопередачи, необходимо иметь в конструкции газогенератора развитые поверхности теплообмена, что ведет к необходимости существенного удлинения ротора (2) и связанного с этим увеличения массогабаритных параметров газогенератора, что негативно повлияет на эффективность его работы. Далее, согласно материалам указанного патента, указано существенное преимущество указанного метода охлаждения, а именно, что тепло не теряется, а отводится в газифицирующий воздух и возвращается непосредственно в реакционную зону, собственно, тогда о каком охлаждении идет речь, если тепло из реакционной зоны натрием выводится, а газифицирующим агентом вносится обратно.

Воздухораспределительные трубы (9) и лопатки (8) на роторе (2) при работе газогенератора, находятся в области повышенных температур реакционной зоны (6) до 1000°С, с учетом механических нагрузок на эти элементы: продольных от давления загружаемого топлива и поперечных от вращения ротора (2), возникает существенный риск деформации и излома данных элементов, что негативно влияет на эффективность работы газогенератора.

Выполнение воздухораспределительных труб (9) на 2-х уровнях ротора (2) осуществлено, по всей видимости, для снижения механических нагрузок и лучшего распределения газифицирующего агента внутри объема топлива, в материалах патента нет описания такого решения, соответственно нет и речи об организации именно полноценных стадий газификации с включением научного и практического обоснования, соответственно делаем вывод, что по сути газификация выполняется в 1 стадию, что негативно влияет на эффективность работы газогенератора.

Известен газогенератор, описанный в (WO 2011101022 А1, МПК C10J 3/60; C10J 3/66, опубл. 25.08.2011), содержащий корпус, включающий внешнюю и внутреннюю верхние секции корпуса, при этом внутри внутренней верхней секции корпуса расположена рабочая зона, дутьевую штангу, предназначенную для подачи газифицирующего агента внутрь рабочей зоны, при этом в зависимости от объема газифицирующего агента, регулируемого в зависимости от измеренного в рабочей зоне уровня температуры загруженного твердого топлива, рабочая зона функционально разделена на N секторов газификации, причем на внутренней верхней секции корпуса выполнены два ряда дутьевых отверстий, через которые регулируемый объем газифицирующего агента соответственно индивидуально поступает в сектора зоны газификации внутри рабочей зоны.

Недостатком известного газогенератора является низкая эффективность работы, т.к. несмотря на разбиение рабочей зоны на сектора с индивидуальными для каждого сектора условиями газификации, но при этом в каждом секторе газификация производится в 1 стадию.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) к заявленной полезной модели является двухрежимный газогенератор, описанный в (RU 199402 U1, МПК C10J 3/02, опубл. 31.08.2020), содержащий корпус, включающий внешнюю и внутреннюю верхние секции корпуса, между которыми образовано первое кольцевое пространство, открытое снизу; нижнюю секцию корпуса, внутри которой образована нижняя зона; крышку корпуса, на которой выполнены по крайней мере два патрубка, в которые вставлены температурные зонды, при этом на крышке корпуса выполнено центральное загрузочное отверстие, в которое вставлена цилиндрическая обечайка с крышкой, сопряженная с бункером твердого углесодержащего топлива; конусообразную секцию с рабочей зоной, коаксиально расположенную внутри внутренней верхней секции корпуса, при этом большее основание конусообразной секции соединено с упомянутой крышкой корпуса, а под меньшим основанием конусообразной секции расположена вращающаяся колосниковая решетка, размещенная внутри нижней секции корпуса, причем между упомянутой конусообразной секцией и внутренней верхней секцией корпуса образовано второе кольцевое пространство, связанное с рабочей зоной; коаксиально расположенную внутри конусообразной секции дутьевую штангу, предназначенную для подачи газифицирующего агента внутрь рабочей зоны в режиме обращенного процесса газификации, вставленную в центральное отверстие в крышке цилиндрической обечайки, при этом нижний конец упомянутой дутьевой штанги зафиксирован посредством упора на дне нижней секции корпуса; патрубок для розжига твердого углесодержащего топлива и температурный зонд, смонтированные над вращающейся колосниковой решеткой на нижней секции корпуса, снабженной по крайней мере двумя многофункциональными люками; при этом на крышке корпуса смонтированы патрубок, предназначенный для подачи газифицирующего агента внутрь второго кольцевого пространства в режиме прямого процесса газификации, первый выпускной патрубок, предназначенный для вывода генераторного газа из рабочей зоны в режиме прямого процесса газификации, а второй выпускной патрубок, предназначенный для вывода генераторного газа из первого кольцевого пространства в режиме обращенного процесса газификации, смонтирован на внешней верхней секции корпуса.

Недостатком прототипа, работающего только с 1-ой стадией газификации в режимах прямого или обращенного процессов газификации, является низкая эффективность работы, обусловленная сравнительно низкой скоростью процессов термического разложения и физико-химического реагирования нелетучего остатка с водяными парами и углекислым газом внутри рабочей зоны данного известного газогенератора.

Задачей полезной модели является создание многостадийного газогенератора комбинированного дутья, работающего в 3-х вертикально ориентированных стадиях газификации в режимах прямого или обращенного процесса газификации.

Технический результат, обеспечиваемый при осуществлении заявленной полезной модели, заключается в повышении эффективности работы многостадийного газогенератора комбинированного дутья, работающего в 3-х вертикально ориентированных стадиях газификации в режимах прямого или обращенного процесса газификации.

Поставленная задача решается тем, что в многостадийном газогенераторе комбинированного дутья, содержащем корпус, включающий внешнюю 1 и внутреннюю 2 верхние секции корпуса, между которыми образовано первое кольцевое пространство 3, открытое снизу, оборудованный водяной рубашкой 4, снабженной водоуказательным стеклом 5; нижнюю 10 секцию корпуса, внутри которой образована нижняя зона; крышку 19 корпуса, на которой выполнено центральное загрузочное отверстие, в которое вставлена цилиндрическая обечайка 23 с крышкой, сопряженная посредством топливного трубопровода 21 с бункером 20 твердого углесодержащего топлива; конусообразную секцию 6 с рабочей зоной 7, коаксиально расположенную внутри внутренней 2 верхней секции корпуса, при этом большее основание конусообразной секции 6 соединено с упомянутой крышкой 19 корпуса, а под меньшим основанием конусообразной секции 6 расположена вращающаяся колосниковая решетка 14, размещенная внутри нижней 10 секции корпуса, причем между упомянутой конусообразной секцией 6 и внутренней 2 верхней секцией корпуса образовано второе кольцевое пространство 8, связанное с рабочей зоной 7; коаксиально расположенную внутри конусообразной секции 6 дутьевую штангу 24, предназначенную для подачи газифицирующего агента внутрь рабочей зоны 7 в режиме обращенного процесса газификации, вставленную в центральное отверстие в крышке цилиндрической обечайки 23, при этом нижний конец упомянутой дутьевой штанги зафиксирован посредством упора 13 на дне 12 нижней 10 секции корпуса; патрубок 15 для розжига твердого углесодержащего топлива и температурный зонд 9, смонтированные над вращающейся колосниковой решеткой 14 на нижней 10 секции корпуса, снабженной двумя многофункциональными люками 11; при этом на крышке 19 корпуса смонтированы патрубок 27, предназначенный для подачи газифицирующего агента внутрь второго кольцевого пространства 8 в режиме прямого процесса газификации, первый выпускной патрубок 22, предназначенный для вывода генераторного газа из рабочей зоны 7 в режиме прямого процесса газификации, а второй выпускной патрубок 18, предназначенный для вывода генераторного газа из первого кольцевого пространства 3 в режиме обращенного процесса газификации, смонтирован на внешней 1 верхней секции корпуса, согласно полезной модели на крышке 19 корпуса выполнены патрубки, в которые вставлены 3 температурных зонда 25 соответствующей длины, расположенных внутри рабочей зоны 7 на заданных расстояниях относительно крышки 19 корпуса, а в упомянутых режимах процесса газификации рабочая зона 7 функционально разделена на 3 вертикально ориентированные стадии газификации, каждая из которых образована подачей внутрь рабочей зоны 7 на заданном расстоянии относительно крышки 19 корпуса соответствующего объема газифицирующего агента, регулируемого в зависимости от температуры процесса газификации, измеренной внутри рабочей зоны 7 посредством 3-х температурных зондов 25 соответствующей длины.

В частном случае реализации заявленной полезной модели в режиме прямого процесса газификации рабочая зона 7 функционально разделена на три ориентированные снизу вверх стадии газификации A1, А2 и A3, при этом на соответствующих расстояниях от крышки 19 корпуса по окружности конусообразной секции 6 выполнены три ряда дутьевых отверстий 16¹, 16² и 16³, соответственно предназначенных для подачи из второго кольцевого пространства 8 внутрь упомянутых стадий газификации A1, А2 и A3 рабочей зоны 7 регулируемого объема газифицирующего агента, расположенных внутри рабочей зоны 7 напротив трех температурных зондов 9, 25 соответствующей длины.

В частном случае реализации заявленной полезной модели в режиме обращенного процесса газификации рабочая зона 7 функционально разделена на три ориентированные сверху вниз стадии газификации C1, С2 и С3, при этом на соответствующих расстояниях относительно крышки 19 корпуса на дутьевой штанге 24 выполнены три ряда дутьевых отверстий 17¹, 17² и 17³, предназначенных для подачи внутрь упомянутых стадий газификации С1, С2 и С3 рабочей зоны 7 регулируемого объема газифицирующего агента, расположенных внутри рабочей зоны 7 напротив трех температурных зондов 9, 25 соответствующей длины.

За счет того, что в заявленном многостадийном газогенераторе комбинированного дутья, работающем в упомянутых режимах процесса газификации рабочая зона 7 функционально разделена на 3 вертикально ориентированные стадии газификации достигается увеличение скорости процессов термического разложения, загруженного твердого углеродсодержащего топлива и физико-химического реагирования нелетучего остатка с водяными парами и углекислым газом внутри рабочей зоны 7 заявленного многостадийного газогенератора комбинированного дутья. Как следствие, увеличение данной скорости внутри рабочей зоны 7 заявленного многостадийного газогенератора комбинированного дутья обеспечивает повышение эффективности его работы.

При этом необходимо отметить, что выше описанное функциональное разделение рабочей зоны 7 на 3 вертикально ориентированные стадии газификации в режимах прямого или обращенного процесса газификации достигнуто не за счет того, что упомянутые стадии газификации отделены друг от друга конструктивными элементами. Вместо использования разделительных конструктивных элементов, как видно на фиг. 5б, каждая из 3-х вертикально ориентированных стадий газификации, характеризующаяся определенным интервалом температур процесса газификации, образована подачей внутрь рабочей зоны 7 на заданном расстоянии относительно крышки 19 корпуса соответствующего объема газифицирующего агента, регулируемого в зависимости от температуры процесса газификации в данном интервале. Для измерения температуры процесса газификации внутри рабочей зоны 7 на крышке 19 корпуса выполнены патрубки, в которые вставлены 3 температурных зонда 25 соответствующей длины, расположенных внутри рабочей зоны 7 на заданных расстояниях относительно крышки 19 корпуса.

Таким образом, в заявленном многостадийном газогенераторе комбинированного дутья обеспечена в целом непрерывная зона газификации, функционально разделенная на 3 вертикально ориентированные стадии газификации, благодаря раздельной подаче газифицирующего агента, объем которого регулируют в зависимости от измеренного в рабочей зоне 7 температуры процесса газификации, измеренного внутри рабочей зоны 7.

На фиг. 1 приведен схематично общий вид в вертикальном разрезе заявленного многостадийного газогенератора комбинированного дутья; на фиг. 2 - вид сверху заявленного многостадийного газогенератора комбинированного дутья; на фиг. 3 представлена схематично схема осуществления в заявленном многостадийном газогенераторе комбинированного дутья режима прямого процесса газификации; на фиг.4 - схема осуществления в заявленном многостадийном газогенераторе комбинированного дутья режима обращенного процесса газификации.

На фиг. 5а и б соответственно представлены расчетные схемы одностадийного и многостадийного процессов газификации: Т - твердое углеродсодержащее топливо; А - газифицирующий агент; П - пар; В - воздух; O₂ - кислород; ГГ - генераторный газ.

На фиг. 6 представлена зависимость температуры процесса газификации твердого углеродсодержащего топлива (Т_тп, °С) от величины массы прореагировавшего вещества (m, доли) при максимальной температуре 1000°С: α - одноступенчатая газификация, при которой весь газифицирующий агент смешивается со всем топливом в начале процесса; β - ступенчатый подвод газифицирующего агента в равном соотношении с поддержанием одинаковых температур на каждой стадии газификации рабочей зоны 7 заявленного многостадийного газогенератора комбинированного дутья в упомянутых режимах процесса газификации; γ - ступенчатая подача объема газифицирующего агента, величина которого увеличивается по нарастающей, со ступенчатым подъемом температуры в каждой стадии газификации рабочей зоны 7 заявленного многостадийного газогенератора комбинированного дутья в упомянутых режимах процесса газификации.

Заявленный многостадийный газогенератор комбинированного дутья, работающий в 3-х вертикально ориентированных стадиях газификации в режимах прямого или обращенного процесса газификации, содержит корпус, включающий внешнюю 1 и внутреннюю 2 верхние секции корпуса, между которыми образовано первое кольцевое пространство 3, открытое снизу, оборудованный водяной рубашкой 4, снабженной водоуказательным стеклом 5; нижнюю 10 секцию корпуса, внутри которой образована нижняя зона; крышку 19 корпуса, на которой выполнено центральное загрузочное отверстие, в которое вставлена цилиндрическая обечайка 23 с крышкой, сопряженная посредством топливного трубопровода 21 с бункером 20 твердого углесодержащего топлива; конусообразную секцию 6 с рабочей зоной 7, коаксиально расположенную внутри внутренней 2 верхней секции корпуса, при этом большее основание конусообразной секции 6 соединено с упомянутой крышкой 19 корпуса, а под меньшим основанием конусообразной секции 6 расположена вращающаяся колосниковая решетка 14, размещенная внутри нижней 10 секции корпуса, причем между упомянутой конусообразной секцией 6 и внутренней 2 верхней секцией корпуса образовано второе кольцевое пространство 8, связанное с рабочей зоной 7; коаксиально расположенную внутри конусообразной секции 6 дутьевую штангу 24, предназначенную для подачи газифицирующего агента внутрь рабочей зоны 7 в режиме обращенного процесса газификации, вставленную в центральное отверстие в крышке цилиндрической обечайки 23, при этом нижний конец упомянутой дутьевой штанги зафиксирован посредством упора 13 на дне 12 нижней 10 секции корпуса; патрубок 15 для розжига твердого углесодержащего топлива и температурный зонд 9, смонтированные над вращающейся колосниковой решеткой 14 на нижней 10 секции корпуса, снабженной двумя многофункциональными люками 11; при этом на крышке 19 корпуса смонтированы патрубок 27, предназначенный для подачи газифицирующего агента внутрь второго кольцевого пространства 8 в режиме прямого процесса газификации, первый выпускной патрубок 22, предназначенный для вывода генераторного газа из рабочей зоны 7 в режиме прямого процесса газификации, а второй выпускной патрубок 18, предназначенный для вывода генераторного газа из первого кольцевого пространства 3 в режиме обращенного процесса газификации, смонтирован на внешней 1 верхней секции корпуса.

В прямом или обращенном режимах процесса газификации рабочая зона 7 функционально разделена на 3 вертикально ориентированные стадии газификации. Каждая из 3-х вертикально ориентированных стадий газификации, характеризующаяся определенным интервалом температур процесса газификации, образована подачей внутрь рабочей зоны 7 на заданном расстоянии относительно крышки 19 корпуса соответствующего объема газифицирующего агента, регулируемого в зависимости от температуры процесса газификации в данном интервале.

На крышке 19 корпуса выполнены патрубки, в которые вставлены 3 температурных зонда 25 соответствующей длины, расположенных внутри рабочей зоны 7 на заданных расстояниях относительно крышки 19 корпуса. Упомянутые температурные зонды 25 соответствующей длины предназначены для измерения температуры процесса газификации внутри рабочей зоны 7.

Данные расстояния, на которых относительно крышки 19 корпуса внутри рабочей зоны 7 расположены 3 температурных зонда 25 соответствующей длины, задают, исходя из экспериментальных расчетов по определению уровня каждой из 3-х вертикально ориентированных стадий газификации внутри рабочей зоны 7, характеризующейся определенным интервалом температур процесса газификации в режимах прямого и обращенного процесса газификации.

Как видно на фиг. 1, на нижней 10 секции корпуса над вращающейся колосниковой решеткой 14 смонтированы патрубок 15 для розжига твердого углеродсодержащего топлива и температурный зонд 9. Температурный зонд 9 предназначен для контроля температуры твердого углеродсодержащего топлива в нижней зоне над колосниковой решеткой 14.

В частном варианте осуществления заявленной полезной модели в режиме прямого процесса газификации рабочая зона 7 функционально разделена на три ориентированные снизу-вверх стадии газификации A1, А2 и A3 (см. фиг. 3), а в режиме обращенного процесса газификации - на три ориентированные сверху-вниз стадии газификации C1, С2 и С3 (см. фиг. 4).

Для доступа в нижнюю зону нижняя 10 секция корпуса снабжена двумя многофункциональными люками 11. Упомянутые люки 11 предназначены для розжига твердого углеродсодержащего топлива, а также для чистки нижней зоны от золы и шлака.

Как видно на фиг. 1 и 2, на крышке 19 корпуса смонтированы патрубок 27, дутьевая штанга 24 и первый выпускной патрубок 22.

Патрубок 27 предназначен для подачи газифицирующего агента внутрь второго кольцевого пространства 8 в режиме прямого процесса газификации. Дутьевая штанга 24, коаксиально расположена внутри конусообразной секции 6, предназначена для подачи газифицирующего агента внутрь рабочей зоны 7 в режиме обращенного процесса газификации. Первый выпускной патрубок 22 предназначен для вывода генераторного газа из рабочей зоны 7 в режиме прямого процесса газификации.

Второй выпускной патрубок 18, предназначенный для вывода генераторного газа из первого кольцевого пространства 3 в режиме обращенного процесса газификации, смонтирован на внешней 1 верхней секции корпуса.

Как видно на фиг. 1, внешняя 1 верхняя секция корпуса снабжена водяной рубашкой 4. Как вариант, упомянутая водяная рубашка 4 снабжена водоуказательным стеклом 5.

При этом на крышке 19 корпуса выполнено центральное загрузочное отверстие, в которое вставлена цилиндрическая обечайка 23 с крышкой. На боковой поверхности цилиндрической обечайки 23 выполнено отверстие, сопряженное посредством топливного трубопровода 21 с выгрузным отверстием бункера 20 твердого углеродсодержащего топлива (см. фиг. 2). Кроме того, в центральное отверстие в крышке цилиндрической обечайки 23 вставлена упомянутая дутьевая штанга 24, нижний конец которой зафиксирован посредством упора 13 на дне 12 нижней 10 секции корпуса (см. фиг. 1). При этом упомянутая колосниковая решетка 14, размещенная внутри нижней 10 секции корпуса, установлена с возможность вращения на упомянутой дутьевой штанге 24 (см. фиг. 1).

В частном варианте осуществления заявленной полезной модели в режиме прямого процесса газификации для образования внутри функциональной разделенной рабочей зоне 7 трех ориентированных снизу-вверх стадий газификации A1, А2 и A3, на соответствующих расстояниях от крышки 19 корпуса по окружности конусообразной секции 6 выполнены три ряда дутьевых отверстий 16¹, 16² и 16³ (см. фиг. 3). Упомянутые ряды дутьевых отверстий 16¹, 16² и 16³ соответственно предназначены для подачи из второго кольцевого пространства 8 внутрь рабочей зоны 7, для образования упомянутых стадий газификации A1, А2 и A3, регулируемого объема газифицирующего агента. Упомянутые ряды дутьевых отверстий 16¹, 16² и 16³ расположены внутри рабочей зоны 7 напротив трех температурных зондов 9, 25 соответствующей длины (на чертежах не показано).

В частном варианте осуществления заявленной полезной модели в режиме обращенного процесса газификации для образования внутри функционально разделенной рабочей зоне 7 трех ориентированных сверху вниз стадий газификации C1, С2 и С3, на соответствующих расстояниях относительно крышки 19 корпуса на дутьевой штанге 24 выполнены три ряда дутьевых отверстий 17¹, 17² и 17³ (см. фиг. 4). Упомянутые ряды дутьевых отверстий 17¹, 17² и 17³ соответственно предназначены для подачи внутрь рабочей зоны 7, для образования упомянутых стадий газификации C1, С2 и С3, регулируемого объема газифицирующего агента. Упомянутые ряды дутьевых отверстий 17¹, 17² и 17³ расположены внутри рабочей зоны 7 напротив трех температурных зондов 9, 25 соответствующей длины (на чертежах не показано).

Регулирование объема газифицирующего агента для организации 3-х стадий прямого процесса газификации осуществляется посредством выполнения дутьевых отверстий 16¹, 16² и 16³ (см. фиг. 3) определенными сечениями таким образом, чтобы около 25% от объема подаваемого газифицирующего агента поступало в рабочую зону 7 через дутьевые отверстия 16¹ 1-ой стадии газификации А1, около 35% от объема подаваемого газифицирующего агента поступало в рабочую зону 7 через дутьевые отверстия 16² 2-ой стадии газификации А2, около 40% от объема подаваемого газифицирующего агента поступало в рабочую зону 7 через дутьевые отверстия 16³ 3-ей стадии газификации A3. Регулирование объема газифицирующего агента для организации 3-х стадий обращенного процесса газификации осуществляется посредством выполнения дутьевых отверстий 17¹, 17² и 17³ (см. фиг. 4) определенными сечениями таким образом, чтобы около 25% от объема подаваемого газифицирующего агента поступало в рабочую зону 7 через дутьевые отверстия 17¹ 1-ой стадии газификации С1, около 35% от объема подаваемого газифицирующего агента поступает в рабочую зону 7 через дутьевые отверстия 17² 2-ой стадии газификации С2, около 40% от объема подаваемого газифицирующего агента поступает в рабочую зону 7 через дутьевые отверстия 17³ 3-ей стадии газификации С3.

Заявленный многостадийный газогенератор комбинированного дутья работает следующим образом.

Твердое углеродсодержащее топливо (например, уголь) из соответствующего бункера 20 через топливный трубопровод 21 поступает в рабочую зону 7, а затем на вращающуюся колосниковую решетку 14 в нижней зоне.

Заполняют водой водяную рубашку 4. Уровень воды в водяной рубашке 4 контролируют посредством водоуказательного стекла 5.

Твердое углеродсодержащее топливо на вращающейся колосниковой решетке 14 обдувают горючим газом, поступающим внутрь нижней зоны посредством соответствующего патрубка 15. Производят розжиг обдуваемого твердого углеродсодержащего топлива через многофункциональные люки 11. После образования устойчивого горения угля упомянутые люки 11 закрывают. Посредством температурного зонда 9 контролируют значение температуры горения твердого углеродсодержащего топлива над колосниковой решеткой 14, а посредством 3-х температурных зондов 25 соответствующей длины измеряют соответствующие значения температуры процесса газификации твердого углеродсодержащего топлива на заданных расстояниях внутри рабочей зоны 7 относительно крышки 19 корпуса.

При этом в режимах прямого и обращенного процесса газификации заданные расстояния внутри рабочей зоны 7 относительно крышки 19 корпуса соответствуют уровням 3-х вертикально ориентированных стадий газификации рабочей зоны 7, которые характеризуются определенным интервалом температур процесса газификации загруженного твердого углеродсодержащего топлива. Значение температуры газификации твердого углеродсодержащего топлива подбирают в зависимости от типа загруженного топлива, от режима работы заявленного многостадийного газогенератора комбинированного дутья и от типа газифицирующего агента.

Газификация твердого углеродсодержащего топлива происходит путем преобразования его органической части в горючие газы при высокотемпературном нагреве в различных средах.

В качестве газифицирующего агента внутрь заявленного многостадийного газогенератора комбинированного дутья подают воздух или кислород, или водяной пар из водяной рубашки 4 температурой 120°С и давлением 3 кгс/см², а также их смесь в любой пропорции.

Как видно на фиг. 3, в режиме прямого процесса газификации газифицирующий агент (например, воздух) подают через патрубок 27 внутрь второго кольцевого пространства 8, связанного с рабочей зоной 7.

Подачу газифицирующего агента внутрь второго кольцевого пространства 8 осуществляют равномерно по всей окружности цилиндрического корпуса заявленного газогенератора. Газифицирующий агент внутри второго кольцевого пространства 8 принудительно движется вниз. При этом по мере прохождения внутри второго кольцевого пространства 8 происходит подогрев газифицирующего агента от тепла рабочей зоны 7.

Далее, из второго кольцевого пространства 8, подогретый газифицирующий агент посредством трех рядов дутьевых отверстий 16¹, 16² и 16³ поступает внутрь трех ориентированных снизу-вверх стадий газификации A1, А2 и A3 рабочей зоны 7. Посредством трех температурных зондов 25 соответствующей длины измеряют соответствующие значения температуры процесса газификации твердого углеродсодержащего топлива на уровнях трех ориентированных снизу-вверх стадий газификации A1, А2 и A3 рабочей зоны 7. Например, в режиме прямого процесса газификации стадии газификации А1, А2 и A3 рабочей зоны 7 характеризуются температурой процесса газификации, соответственно равной 400°С, 600°С и 800°С.

В зависимости от температуры процесса газификации, измеренной на уровнях трех ориентированных снизу-вверх стадий газификации A1, А2 и A3 рабочей зоны 7 посредством 3-х температурных зондов 25 соответствующей длины, регулируют соответствующий объем газифицирующего агента, поступающего внутрь трех ориентированных снизу-вверх стадий газификации A1, А2 и A3 рабочей зоны 7. Например, объем газифицирующего агента, соответственно поступающего внутрь трех ориентированных снизу-вверх стадий газификации A1, А2 и A3 рабочей зоны 7, соответственно регулируют в пределах 25%, 35% и 40% от общего объема подаваемого газифицирующего агента.

В случае существенных отклонений от требуемых температур для каждой стадии газификации, соответственно равных 400°С, 600°С и 800°С, производится настройка сечений дутьевых отверстий 16¹, 16² и 16³ посредством пропорционального уменьшения-увеличения указанных сечений.

Соответствующие объемы газифицирующего агента, регулируемые в зависимости от температуры процесса газификации, соответственно проходят три ориентированных снизу-вверх стадии газификации A1, А2 и A3 рабочей зоны 7. Соответствующий объем газифицирующего агента, который регулируют в пределах 25% от общего объема подаваемого газифицирующего агента при температуре процесса газификации, равной около 400°С на стадии газификации А1 рабочей зоны 7, проходит через нижний слой газифицируемого твердого углеродсодержащего топлива в рабочей зоне 7, образованной над вращающейся колосниковой решеткой 14, где газифицирующий агент вступает в реакцию с твердым углеродсодержащим топливом. Соответствующий объем газифицирующего агента, который регулируют в пределах 35% от общего объема подаваемого газифицирующего агента при температуре процесса газификации, равной около 600°С на стадии газификации А2 рабочей зоны 7, и образующиеся внутри рабочей зоны 7 продукты газификации угля проходят снизу-вверх через процессы газификации и выхода летучих, последовательно проходя процессы газификации углистого остатка и выхода летучих с образованием генераторного газа. Соответствующий объем газифицирующего агента, который регулируют в пределах 40% от общего объема подаваемого газифицирующего агента при температуре процесса газификации, равной 800°С на стадии газификации A3 рабочей зоны 7, и образованный генераторный газ, проходя через верхний слой твердого углеродсодержащего топлива внутри рабочей зоны 7, подсушивает его и обогащается влагой. По мере прохождения через рабочую зону 7 образованный генераторный газ охлаждается посредством водяной рубашки 4. Охлажденный генераторный газ выходит из рабочей зоны 7 через первый выпускной патрубок 22 на крышке 19 корпуса заявленного многостадийного газогенератора комбинированного дутья.

Таким образом, в результате описанного выше процесса подачи газифицирующего агента обеспечивают ступенчатый подвод теплоты внутри рабочей зоны 7 в режиме прямого процесса газификации. Как следствие, достигается увеличение скорости процессов термического разложения, загруженного твердого углеродсодержащего топлива и физико-химического реагирования нелетучего остатка с водяными парами и углекислым газом внутри рабочей зоны 7 заявленного многостадийного газогенератора комбинированного дутья.

Как видно на фиг. 4, в режиме обращенного процесса газификации газифицирующий агент (например, воздух) подают через дутьевую штангу 24. Внутри дутьевой штанги 24 газифицирующий агент принудительно движется сверху-вниз к трем рядам дутьевых отверстий 17¹, 17² и 17³, расположенных внутри рабочей зоны 7 напротив трех температурных зондов 25 соответствующей длины.

При этом по мере прохождения внутри дутьевой штанги 24 происходит подогрев газифицирующего агента от тепла рабочей зоны 7. Подогретый газифицирующий агент соответственно поступает посредством трех рядов дутьевых отверстий 17¹, 17² и 17³ внутрь трех ориентированных сверху-вниз стадий газификации C1, С2 и С3 рабочей зоны 7, где образована зона газификации.

Посредством трех температурных зондов 25 соответствующей длины измеряют соответствующие значения температуры процесса газификации твердого углеродсодержащего топлива на уровнях трех ориентированных сверху-вниз стадий газификации C1, С2 и С3 рабочей зоны 7. Например, в режиме обращенного процесса газификации стадии газификации С1, С2 и С3 рабочей зоны 7 характеризуются температурой процесса газификации, соответственно равной около 400°С, 600°С и 800°С.

В зависимости от температуры процесса газификации, измеренной на уровнях трех ориентированных сверху-вниз стадий газификации C1, С2 и С3 рабочей зоны 7 посредством 3-х температурных зондов 25 соответствующей длины, регулируют соответствующий объем газифицирующего агента, поступающего внутрь трех ориентированных сверху-вниз стадий газификации C1, С2 и С3 рабочей зоны 7. Например, объем газифицирующего агента, соответственно поступающего внутрь трех ориентированных сверху-вниз стадий газификации С1, С2 и С3 рабочей зоны 7, соответственно регулируют в пределах около 25%, 35% и 40% от общего объема подаваемого газифицирующего агента.

В случае существенных отклонений от требуемых температур для каждой стадии газификации, соответственно равных 400°С, 600°С и 800°С, производится настройка сечений дутьевых отверстий 17¹, 17² и 17³ посредством пропорционального уменьшения-увеличения указанных сечений.

Соответствующие объемы газифицирующего агента, регулируемые в зависимости от температуры процесса газификации, соответственно проходят три ориентированных сверху-вниз стадии газификации C1, С2 и С3 рабочей зоны 7. В результате такого процесса подачи газифицирующего агента обеспечивают ступенчатый подвод теплоты внутри рабочей зоны 7 в режиме обращенного процесса газификации. Как следствие, достигается увеличение скорости процессов термического разложения загруженного твердого углеродсодержащего топлива и физико-химического реагирования нелетучего остатка с водяными парами и углекислым газом внутри рабочей зоны 7 заявленного многостадийного газогенератора комбинированного дутья.

Образующийся в результате процессов прогрева и сушки топлива, выхода летучих, газификации, термического разложения смол и паров генераторный газ, проходя под действием искусственно создаваемого перепада давления сверху-вниз через зону газификации внутри рабочей зоны 7, отбирается над колосниковой решеткой 14 в нижней зоне 10 и затем принудительно поступает в первое кольцевое пространство 3, открытое снизу. Внутри упомянутого первого кольцевого пространства 3 образованный генераторный газ принудительно движется снизу верх. При этом по мере прохождения через первое кольцевое пространство 3 образованный генераторный газ охлаждается посредством водяной рубашки 4. Охлажденный генераторный газ выходит из первого кольцевого пространства 3 через второй выпускной патрубок 18 на внешней 1 верхней секции корпуса.

По мере образования золы и шлака их удаляют из нижней секции через многофункциональные люки 11.

По сравнению с одностадийным процессом газификации (фиг.5а), когда внутри рабочей зоны известного газогенератора все загруженное твердое углеродсодержащее топливо сразу смешивается со всем подаваемым газифицирующим агентом, для многостадийного процесса газификации (см. фиг. 5б), когда в упомянутых режимах процесса газификации рабочая зона 7 функционально разделена на 3 вертикально ориентированные стадии газификации, что позволяет разделить общий объем подаваемого внутри рабочей зоны 7 газифицирующего агента, например, на три соответствующих объема газифицирующего агента, которые ступенчато подмешивают к загруженному твердому углеродсодержащему топливу, например, на уровнях трех вертикально ориентированных стадий газификации рабочей зоны 7, характеризующийся соответствующим интервалом температур процесса газификации в режимах прямого и обращенного процесса газификации.

Известно из источника: «Бойко Е.А. Реакционная способность энергетических углей // Красноярск: ИПЦ СФУ, 2011. См. Стр. 413-416», что ступенчатый подвод теплоты в процессе термической обработки и газификации загруженного твердого углеродсодержащего топлива повышает скорость процессов термического разложения и физико-химического реагирования нелетучего остатка с водяными парами и углекислым газом. Так, при трех ступенях подвода теплоты и термохимического превращения 50% органической массы топлива, скорость процесса увеличивается в 2.5÷2.8 раза для кузнецких и канско-ачинских углей. При этом эффективность ступенчатого подвода тепла будет еще выше, если температуру процесса на каждом уровне вертикально ориентированных стадий газификации рабочей зоны 7 увеличивать по мере увеличения номера ступени (см. кривая γ на фиг. 6).

При этом кривая α описывает одноступенчатую газификацию, когда весь газифицирующий агент смешивается со всем топливом в начале процесса, кривая β описывает ступенчатый подвод газифицирующего агента в равном соотношении с поддержанием одинаковых температур на каждой стадии газификации.

В результате моделирования функционирования заявленного многостадийного газогенератора комбинированного дутья установлено, что эффективность процесса газификации повышается на 15÷20% по сравнению с прототипом.

Полезная модель установлена в лаборатории на кафедре Тепловых Электрических Станций политехнического института Сибирского Федерального Университета.

Claims (3)

1. Многостадийный газогенератор комбинированного дутья, содержащий корпус, включающий внешнюю 1 и внутреннюю 2 верхние секции корпуса, между которыми образовано первое кольцевое пространство 3, открытое снизу, оборудованный водяной рубашкой 4, снабженной водоуказательным стеклом 5; нижнюю 10 секцию корпуса, внутри которой образована нижняя зона; крышку 19 корпуса, на которой выполнено центральное загрузочное отверстие, в которое вставлена цилиндрическая обечайка 23 с крышкой, сопряженная посредством топливного трубопровода 21 с бункером 20 твердого углесодержащего топлива; конусообразную секцию 6 с рабочей зоной 7, коаксиально расположенную внутри внутренней 2 верхней секции корпуса, при этом большее основание конусообразной секции 6 соединено с упомянутой крышкой 19 корпуса, а под меньшим основанием конусообразной секции 6 расположена вращающаяся колосниковая решетка 14, размещенная внутри нижней 10 секции корпуса, причем между упомянутой конусообразной секцией 6 и внутренней 2 верхней секцией корпуса образовано второе кольцевое пространство 8, связанное с рабочей зоной 7; коаксиально расположенную внутри конусообразной секции 6 дутьевую штангу 24, предназначенную для подачи газифицирующего агента внутрь рабочей зоны 7 в режиме обращенного процесса газификации, вставленную в центральное отверстие в крышке цилиндрической обечайки 23, при этом нижний конец упомянутой дутьевой штанги зафиксирован посредством упора 13 на дне 12 нижней 10 секции корпуса; патрубок 15 для розжига твердого углесодержащего топлива и температурный зонд 9, смонтированные над вращающейся колосниковой решеткой 14 на нижней 10 секции корпуса, снабженной двумя многофункциональными люками 11; при этом на крышке 19 корпуса смонтированы патрубок 27, предназначенный для подачи газифицирующего агента внутрь второго кольцевого пространства 8 в режиме прямого процесса газификации, первый выпускной патрубок 22, предназначенный для вывода генераторного газа из рабочей зоны 7 в режиме прямого процесса газификации, а второй выпускной патрубок 18, предназначенный для вывода генераторного газа из первого кольцевого пространства 3 в режиме обращенного процесса газификации, смонтирован на внешней 1 верхней секции корпуса, отличающийся тем, что на крышке 19 корпуса выполнены патрубки, в которые вставлены три температурных зонда 25 соответствующей длины, расположенных внутри рабочей зоны 7 на заданных расстояниях относительно крышки 19 корпуса, а в упомянутых режимах процесса газификации рабочая зона 7 функционально разделена на три вертикально ориентированные стадии газификации, каждая из которых образована подачей внутрь рабочей зоны 7 на заданном расстоянии относительно крышки 19 корпуса соответствующего объема газифицирующего агента, регулируемого в зависимости от температуры процесса газификации, измеренной внутри рабочей зоны 7 посредством трех температурных зондов 25 соответствующей длины.

2. Многостадийный газогенератор комбинированного дутья по п. 1, отличающийся тем, что в режиме прямого процесса газификации рабочая зона 7 функционально разделена на три ориентированные снизу вверх стадии газификации A1, А2 и A3, при этом на соответствующих расстояниях от крышки 19 корпуса по окружности конусообразной секции 6 выполнены три ряда дутьевых отверстий 16¹, 16² и 16³, соответственно предназначенных для подачи из второго кольцевого пространства 8 внутрь упомянутых стадий газификации A1, А2 и A3 рабочей зоны 7 регулируемого объема газифицирующего агента, расположенных внутри рабочей зоны 7 напротив трех температурных зондов 9, 25 соответствующей длины.

3. Многостадийный газогенератор комбинированного дутья по п. 1, отличающийся тем, что в режиме обращенного процесса газификации рабочая зона 7 функционально разделена на три ориентированные сверху вниз стадии газификации C1, С2 и С3, при этом на соответствующих расстояниях относительно крышки 19 корпуса на дутьевой штанге 24 выполнены три ряда дутьевых отверстий 17¹, 17² и 17³, предназначенных для подачи внутрь упомянутых стадий газификации C1, С2 и СЗ рабочей зоны 7 регулируемого объема газифицирующего агента, расположенных внутри рабочей зоны 7 напротив трех температурных зондов 9, 25 соответствующей длины.

Images