Изобретение относится к переработке растительного сырья, в частности овсяной шелухи, и может быть использовано для получения газообразного топлива теплоэнергетических установок.The invention relates to the processing of plant materials, in particular oat husks, and can be used to produce gaseous fuels of thermal power plants.
Известен способ получения генераторного газа, в том числе из растительных остатков, путем пиролиза и газификации твердого топлива (RU 2293108, публ. 2007 г.), который реализуют в вертикальном реакторе, корпус которого в верхней и нижней частях имеет форму цилиндра, а в средней - усеченного конуса, при этом в зоне пиролиза и зоне газификации имеются сопла для тангенциальной подачи воздуха. Известный способ включает вертикальную загрузку топлива в реактор, тангенциальную подачу предварительно нагретого потока воздуха в зону пиролиза с одновременным проведением процессов во взвешенном состоянии в едином реакционном объеме. В известном способе используют полидисперсное топливо с размером частиц не более 10 мм, к которому подают поток воздуха со скоростью 7-15 нм/с, нагретый до температуры не менее 300°C. В зону пиролиза дополнительно подают воздух радиально многоструйным потоком, реализуемым за счет сквозной перфорации, имеющейся в стенке корпуса зоны пиролиза. Одновременно в зону газификации также подают воздух тангенциальным потоком, имеющим идентичные с зоной пиролиза термодинамические характеристики. Пиролиз и газификацию осуществляют при температуре 580-600°C и коэффициенте избытка воздуха 0,15-0,25 с регулированием расхода воздуха, который в зоне газификации в 1,5-2,5 раза превышает расход в зоне пиролиза.A known method of producing generator gas, including from plant residues, by pyrolysis and gasification of solid fuel (RU 2293108, publ. 2007), which is implemented in a vertical reactor, the casing of which in the upper and lower parts has the shape of a cylinder, and in the middle - a truncated cone, while in the pyrolysis zone and the gasification zone there are nozzles for tangential air supply. The known method includes the vertical loading of fuel into the reactor, the tangential feed of a preheated air stream into the pyrolysis zone with simultaneous suspension processes in a single reaction volume. In the known method, polydisperse fuel is used with a particle size of not more than 10 mm, to which an air stream is supplied at a speed of 7-15 nm / s, heated to a temperature of at least 300 ° C. The air is additionally supplied with a radially multi-jet stream to the pyrolysis zone, which is realized due to through perforation in the body wall of the pyrolysis zone. At the same time, air is also supplied to the gasification zone by a tangential flow having thermodynamic characteristics identical to the pyrolysis zone. Pyrolysis and gasification is carried out at a temperature of 580-600 ° C and an excess air coefficient of 0.15-0.25 with the regulation of air flow, which in the gasification zone is 1.5-2.5 times higher than the flow in the pyrolysis zone.
Эффективность известного способа, заключающаяся в устранении необходимости подготовки топлива и снижении температуры процесса, обусловлена созданием аэродинамических условий движения потоков топлива и воздуха, где основной вихревой поток непрерывно поднимается вверх по спирали горизонтальными вращательными движениями; при прохождении конусной части корпуса его осевая составляющая уменьшается, а тангенциальная и радиальная увеличиваются. Расход воздуха, который в зоне газификации в 1,5-2,5 раза превышает расход в зоне пиролиза, обеспечивает высокую плотность основного вихря, что позволяет преодолеть силу тяжести частиц топлива и воспрепятствовать их падению. Одновременно в верхней цилиндрической части корпуса возникают вторичные вихри за счет радиальной подачи воздуха многоструйным потоком через перфорированную стенку корпуса. Вторичные вихри при встрече с основным потоком сообщают ему дополнительный импульс, поддерживая большие относительные скорости газовой и твердой фаз, уменьшая тем самым влияние силы тяжести на сепарацию частиц топлива. При этом происходит возвращение в зону пиролиза инерционных непрореагировавших частиц с возникновением их многократного вращения до полного сгорания. Мелкодисперсные частицы топлива - зола в количестве 1% - выводятся вместе с полученным генераторным газом.The effectiveness of the known method, which consists in eliminating the need for fuel preparation and lowering the process temperature, is due to the creation of aerodynamic conditions for the movement of fuel and air flows, where the main vortex stream continuously rises upward in a spiral with horizontal rotational movements; with the passage of the conical part of the body, its axial component decreases, while the tangential and radial components increase. The air flow rate, which in the gasification zone is 1.5-2.5 times higher than the flow rate in the pyrolysis zone, provides a high density of the main vortex, which allows to overcome the gravity of the fuel particles and prevent them from falling. At the same time, secondary vortices arise in the upper cylindrical part of the housing due to the radial air supply by a multi-jet flow through the perforated wall of the housing. Secondary vortices when they meet the main stream give him an additional impulse, maintaining large relative velocities of the gas and solid phases, thereby reducing the effect of gravity on the separation of fuel particles. In this case, inertial unreacted particles return to the pyrolysis zone with the occurrence of their repeated rotation until complete combustion. Fine particles of fuel - ash in an amount of 1% - are removed together with the generated generator gas.
В процессе реализации известного способа отбор газа происходит в средней части вертикального реактора. В результате при использовании растительных топлив с низкой плотностью, таких как лузга или шелуха зерновых, наблюдается вынос непрореагировавшего окислителя в зону пиролиза и к наличию кислорода в генераторном газе, что говорит о неполной газификации топлива. Зола по наружной поверхности газоотводной трубы частично выпадает в нижнюю цилиндрическую часть газификатора, где накапливается, образуя застойные зоны. Большая высота конструкции газификатора также относится к недостаткам известного способа.In the process of implementing the known method, the selection of gas occurs in the middle of a vertical reactor. As a result, when using vegetable fuels with a low density, such as husk or husk of grains, the unreacted oxidizer is transported to the pyrolysis zone and to the presence of oxygen in the generator gas, which indicates incomplete gasification of the fuel. Ash on the outer surface of the exhaust pipe partially falls into the lower cylindrical part of the gasifier, where it accumulates, forming stagnant zones. The high construction height of the gasifier also relates to the disadvantages of the known method.
Заявлен способ получения генераторного газа, который, как и известный, включает вертикальную загрузку материала в реактор, газификацию и пиролиз в объеме реактора, имеющего зону сужения, тангенциальную подачу предварительно нагретого потока воздуха в зону газификации и многоструйную радиальную подачу нагретого воздуха в зону пиролиза, осуществляемую через перфорацию. Способ отличается тем, что газ получают в горизонтальном реакторе, топливо в камеру газификации подают сверху по касательной к внутренней стенке реактора, многоструйную подачу воздуха в зону пиролиза осуществляют через перфорацию зоны сужения, полученную газовзвесь завихряют, газификацию осуществляют при температуре 500-600°C, пиролиз - при температуре 600-700°C при коэффициенте избытка воздуха 0,25-0,42, при этом расход воздуха регулируют таким образом, чтобы в зоне газификации он в 3-5 раза превышал расход в зоне пиролиза и зоне сужения реактора.The claimed method of producing generator gas, which, as is known, includes vertical loading of material into the reactor, gasification and pyrolysis in the reactor volume having a narrowing zone, tangential supply of a preheated air stream to the gasification zone and multi-jet radial supply of heated air to the pyrolysis zone through perforation. The method is characterized in that gas is obtained in a horizontal reactor, fuel is supplied to the gasification chamber from above tangentially to the inner wall of the reactor, multi-jet air supply to the pyrolysis zone is carried out through perforation of the narrowing zone, the resulting gas suspension is swirled, gasification is carried out at a temperature of 500-600 ° C, pyrolysis - at a temperature of 600-700 ° C with an excess air coefficient of 0.25-0.42, while the air flow rate is controlled so that in the gasification zone it is 3-5 times higher than the flow rate in the pyrolysis zone and the reactor constriction zone.
Сущность заявленного способа заключается в следующем. Предварительно нагретый поток воздуха, тангенциально поданный в зону газификации, захватывает частицы топлива, поданного в эту камеру сверху по касательной к внутренней стенке реактора, чем создает вихревой поток газовзвеси, интенсифицирующий процесс газофикации. В зоне сужения реактора скорость вихря увеличивается, улучшая вынос золы и остатков топлива в зону пиролиза. При этом, за счет многоструйной подачи воздуха в зону пиролиза, осуществляемой через перфорацию зоны сужения, создаются локальные вихревые потоки. Завихряясь, газовзвесь, состоящая из генераторного газа, золы и частично не прореагировавшего топлива, поступает в зону пиролиза, где в среде генераторного газа идет пиролиз.The essence of the claimed method is as follows. A preheated air stream tangentially fed into the gasification zone captures particles of fuel fed into this chamber from above tangentially to the inner wall of the reactor, thereby creating a vortex gas-suspension stream that intensifies the gasification process. In the narrowing zone of the reactor, the vortex velocity increases, improving the removal of ash and fuel residues into the pyrolysis zone. At the same time, due to the multi-jet air supply to the pyrolysis zone, carried out through the perforation of the narrowing zone, local vortex flows are created. Whirling, a gas suspension consisting of generator gas, ash and partially unreacted fuel enters the pyrolysis zone, where pyrolysis occurs in the medium of the generator gas.
Процесс газификации в горизонтальном реакторе идет в вихревом потоке от загрузки топлива прямоточно по ходу движения газовзвеси от подачи воздуха на газификацию через зону сужения до зоны пиролиза и выхода генераторного газа с выносом золы. При заявленных температурах и расходах воздуха в зоне газификации, пиролиза и сужения, создаются такие аэродинамические условия движения потоков топлива и воздуха, при которых в зону пиролиза поступает только прореагировавший окислитель и наличия кислорода в полученном генераторном газе нет. Улучшается вынос золы и остатков топлива в зону пиролиза, исключая появление застойных зон скапливания золы. Новый технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в повышении степени газификации топлива и отсутствия скапливания золы в реакторе.The gasification process in a horizontal reactor proceeds in a vortex flow from the fuel loading in the direction of gas suspension from the air supply to the gasification through the narrowing zone to the pyrolysis zone and the output of the generator gas with ash removal. At the stated temperatures and air flow rates in the gasification, pyrolysis and narrowing zone, aerodynamic conditions for the movement of fuel and air flows are created in which only the reacted oxidizer enters the pyrolysis zone and there is no oxygen in the resulting generator gas. The transfer of ash and fuel residues to the pyrolysis zone is improved, eliminating the appearance of stagnant ash accumulation zones. A new technical result achieved by the claimed invention is to increase the degree of gasification of fuel and the lack of accumulation of ash in the reactor.
Способ осуществляют следующим образом. В качестве исходного материала для получения генераторного газа использовали овсяную шелуху с насыпной плотностью 150 кг/м3. Дисперсный состав шелухи: 15% - до 2,5 мм, 46% - от 2,5 до 1,6 мм, 27% - от 1,6 до 0,63 мм, 5% - от 1 до 0,63 мм, 7% - меньше 0,63 мм. Теплота сгорания - 3800 ккал/кг. Газ получают в газогенераторе, фиг.1, 2. Материал шнеком подают в реактор, имеющий наружный корпус 1 и внутренний футерованный водоохлаждаемый объем 2 газогенератора через бункер 3. С помощью вентилятора через патрубки 4 и сопла 5 в зону газификации 6 подают воздух, предварительно подогретый до температуры 100-150°C в специальных рубашках. Процесс газификации происходит в вихревом потоке, скорость которого в зоне сужения 7 реактора увеличивается. За счет многоструйной подачи воздуха в зону пиролиза, осуществляемой через перфорацию 8 зоны сужения 7, создаются локальные вихревые потоки. Далее через завихрители 9 газовзвесь, состоящая из генераторного газа, золы и частично не прореагировавшего топлива, поступает в зону пиролиза 10, где в среде генераторного газа идет пиролиз. Температурный режим газификации 500-600°C и 600-700°C - пиролиза. С данной температурой газ выходит из газогенератора в трубчатый газоводяной теплообменник, который доводит температуру генераторного газа до 350°C. Вся зола топлива и частично недогоревшие частицы выносятся из газогенератора и теплообменника вместе с генераторным газом. Генераторный газ поступает в золоуловитель, где происходит улавливание золы и недогоревших частиц. Состав полученного генераторного газа удовлетворяет требованиям, изложенным в таблице 1.The method is as follows. Oat husk with a bulk density of 150 kg / m 3 was used as a starting material for producing the generator gas. The dispersed composition of the husk: 15% - up to 2.5 mm, 46% - from 2.5 to 1.6 mm, 27% - from 1.6 to 0.63 mm, 5% - from 1 to 0.63 mm 7% - less than 0.63 mm. Calorific value - 3800 kcal / kg. Gas is obtained in the gas generator, FIGS. 1, 2. The material is fed by a screw into the reactor having an outer casing 1 and an inner lined water-cooled volume 2 of the gas generator through the hopper 3. By means of a fan, air preheated is supplied through the nozzles 4 and nozzle 5 to the gasification zone 6 to a temperature of 100-150 ° C in special shirts. The gasification process takes place in a vortex flow, the speed of which increases in the narrowing zone 7 of the reactor. Due to the multi-jet air supply to the pyrolysis zone, carried out through perforation 8 of the narrowing zone 7, local vortex flows are created. Then, through swirls 9, a gas suspension consisting of generator gas, ash and partially unreacted fuel enters the pyrolysis zone 10, where pyrolysis occurs in the medium of the generator gas. The temperature regime of gasification is 500-600 ° C and 600-700 ° C - pyrolysis. With this temperature, the gas leaves the gas generator in a tubular gas-water heat exchanger, which brings the temperature of the generator gas to 350 ° C. All fuel ash and partially unburnt particles are removed from the gas generator and heat exchanger together with the generator gas. The generator gas enters the ash collector, where ash and unburnt particles are collected. The composition of the resulting generator gas meets the requirements set forth in table 1.
ТаблицаTable
Основные характеристики генераторного газаThe main characteristics of the generator gas
Наименование параметраParameter Name
Единица измеренияunit of measurement
ВеличинаValue
Расход генераторного газаGas flow rate
нм3/чnm 3 / h
15601560
Состав генераторного газа:The composition of the generator gas:
COCO
%%
20,220,2
H2 H 2
%%
9,89.8
CH4 CH 4
%%
2,62.6
CO2 CO 2
%%
12,912.9
N2 N 2
%%
54,554.5
Теплота сгорания сухого генераторного газаCalorific value of dry generator gas
ккал/м3 kcal / m 3
10501050
Влагосодержание генераторного газаThe moisture content of the generator gas
г/нм3 g / nm 3
100one hundred
Колебания теплоты сгорания генераторного газаFluctuations in the calorific value of the generator gas
ккал/м3 kcal / m 3
50fifty
Температура генераторного газа перед горелочным устройствомGenerator gas temperature in front of the burner
°C° C
300-350300-350
Запыленность генераторного газа перед горелочным устройствомDust generator gas in front of the burner
г/м3 g / m 3
1,51,5
Давление генераторного газа перед горелкойGenerator gas pressure in front of the burner
кПаkPa
1,51,5
Годовой фонд рабочего времени основного технологического оборудования при двухсменной 7-дневной неделеThe annual fund of working hours of the main technological equipment with a two-shift 7-day week
чh
60006000
