RU2527552C1

RU2527552C1 - Gas generator

Info

Publication number: RU2527552C1
Application number: RU2013115731/06A
Authority: RU
Inventors: Евгений Иванович Горбатенко
Original assignee: Евгений Иванович Горбатенко
Priority date: 2013-04-08
Filing date: 2013-04-08
Publication date: 2014-09-10

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: gas generator comprises the ring-shaped gasification camera in the housing, furnace and located inside grate capable of rotation, in the top of the housing the branch pipe for bleeding of power gas, is made, and load compartment located along a vertical axis of the housing, under the load compartment the furnace is located , and in bottom of the housing the air inlet is placed, the dome-shaped grate is made with a possibility of complementary translational movement, the ring-shaped camera of gasification is made with external and internal walls and located around of the load compartment, and in the top of the gasification camera the walls are connected, and in the bottom of the gasification camera its internal wall is connected with the wall of the load compartment, and the outer wall is connected with the air inlet wall, the camera is capable to be cooled, and the branch pipe for bleeding of power gas is connected to the device for power gas extraction.

EFFECT: increase of continuous work time and increase of performance at simultaneous decrease of fuel consumption.

2 dwg

Description

Изобретение относится к конструкции газогенераторов прямого процесса и может быть использовано для получения генераторного газа при сжигании твердого топлива.The invention relates to the construction of direct process gas generators and can be used to produce generator gas when burning solid fuel.

Известен газогенератор, содержащий корпус с загрузочным устройством в верхней его части и зольником в нижней, размещенную в корпусе основную камеру газификации сырья, а также камеру его дожигания, системы подачи агента в камеры газификации и дожигания и отвода полученного синтез-газа, при этом основная камера и камера дожигания смонтированы в корпусе газогенератора, между камерами образована зона аэродинамической очистки полученного синтез-газа, газогенератор снабжен устройством перемешивания сырья в камерах, выполненным в виде смонтированного в корпусе с возможностью вращения посредством привода вала, на котором закреплены мешалки, размещенные в камерах (патент на полезную модель RU №85984, опубл. 20.08.2009 г.).A gas generator is known, comprising a housing with a loading device in its upper part and an ash pan in the lower one, a main gasification chamber of raw materials located in the housing, as well as a chamber for its afterburning, an agent supply system for gasification and afterburning and removal of the resulting synthesis gas, the main chamber and the afterburner are mounted in the body of the gas generator, between the chambers an aerodynamic cleaning zone of the obtained synthesis gas is formed, the gas generator is equipped with a device for mixing the raw materials in the chambers, made in the form of It can be rotated in the housing with the possibility of rotation by means of a shaft drive on which stirrers mounted in the chambers are mounted (patent for utility model RU No. 85984, published on 08/20/2009).

Наиболее близким техническим решением, выбранным заявителем в качестве прототипа, является газогенератор прямого процесса, содержащий корпус с кольцеобразной камерой газификации и колосниковой решеткой, которая имеет возможность вращательного движения, корпус в верхней части имеет патрубок для отвода генераторного газа (патент на изобретение RU №2200901, опубл. 20.03.2003 г.).The closest technical solution chosen by the applicant as a prototype is a direct process gas generator, comprising a housing with an annular gasification chamber and a grate, which has the possibility of rotational movement, the housing in the upper part has a nozzle for exhaust gas generation (patent for invention RU No. 2200901, publ. March 20, 2003).

К основным недостаткам следует отнести большие габаритные размеры и сложность конструкции. Кроме того, известный газогенератор в течение отопительного сезона не обеспечивает надежной его работы, т.к. процесс горения и пиролиза протекает во всей массе твердого топлива, нагревая стенки камеры газификации, а их водяное охлаждение приводит к зарастанию стенок камеры газификации продуктами неполного сгорания, уменьшая полезный объем. Это требует регулярной остановки газогенератора для очистки его элементов.The main disadvantages include the large overall dimensions and design complexity. In addition, the known gas generator during the heating season does not ensure its reliable operation, because the combustion and pyrolysis process takes place in the entire mass of solid fuel, heating the walls of the gasification chamber, and their water cooling leads to overgrowing of the walls of the gasification chamber with products of incomplete combustion, reducing the usable volume. This requires regular shutdown of the gas generator to clean its elements.

Технической задачей изобретения является снижение габаритных размеров газогенератора и повышение надежности при одновременном снижении расхода топлива и увеличении времени непрерывной работы.An object of the invention is to reduce the overall dimensions of the gas generator and increase reliability while reducing fuel consumption and increasing time of continuous operation.

Техническая задача достигается тем, что газогенератор содержит размещенную в корпусе кольцеобразную камеру газификации, колосниковую решетку и топку, колосниковая решетка выполнена с возможностью вращательного движения, в верхней части корпуса выполнен патрубок для отвода генераторного газа, при этом, в отличие от известного газогенератора, в верхней части корпуса вдоль его вертикальной оси расположен загрузочный отсек, под которым расположена топка с размещенной внутри колосниковой решеткой, а в нижней части корпуса размещен воздухозаборник, колосниковая решетка выполнена куполообразной формы с возможностью дополнительного поступательного движения, кольцеобразная камера газификации выполнена с наружной и внутренней стенками и расположена вокруг загрузочного отсека, причем в верхней части камеры газификации стенки замкнуты, а в нижней части камеры газификации ее внутренняя стенка соединена со стенкой загрузочного отсека, а наружная стенка соединена со стенкой воздухозаборника, камера выполнена с возможностью ее охлаждения, а патрубок для отвода генераторного газа присоединен к устройству для вытяжки генераторного газа.The technical problem is achieved by the fact that the gas generator comprises an annular gasification chamber located in the housing, a grate and a firebox, the grate is rotatable, and a nozzle for exhausting the generator gas is made in the upper part of the housing, and, in contrast to the known gas generator, in the upper of the housing part along its vertical axis there is a loading compartment, under which there is a firebox with a grate placed inside, and air is placed in the lower part of the housing the intake, the grate is made dome-shaped with the possibility of additional translational motion, the annular gasification chamber is made with external and internal walls and is located around the loading compartment, the walls being closed in the upper part of the gasification chamber and its inner wall connected to the loading wall in the lower part of the gasification chamber compartment, and the outer wall is connected to the wall of the air intake, the camera is made with the possibility of its cooling, and the pipe for removal of the generator gas is connected to a device for drawing gas generator.

В качестве твердого топлива могут быть использованы, например, пеллеты и другое аналогичное топливо.As solid fuel, for example, pellets and other similar fuels can be used.

В качестве устройства для вытяжки генераторного газа может быть использован, например, вытяжной вентилятор.As a device for extracting generator gas, for example, an exhaust fan can be used.

Охлаждение камеры газификации может быть осуществлено любыми известными способами принудительного теплообмена, например, водой или воздухом или иными охлаждающими агентами.The gasification chamber can be cooled by any known methods of forced heat exchange, for example, water or air or other cooling agents.

Если в качестве хладагента используют воду, то корпус выполняют герметичным, он и дополнительно снабжен патрубками для подвода холодной и отвода горячей воды.If water is used as a refrigerant, then the housing is sealed, and it is additionally equipped with nozzles for supplying cold and draining hot water.

Следует отметить, что в газогенераторе по прототипу процесс идет с избытком кислорода за счет использования в камере газификации фурм, причем в конструкции генератора предусмотрена вертикальная реакционная камера, в которую засыпается твердое топливо, при этом процесс идет во всей массе топлива и при высокой температуре. Заявляемая конструкция газогенератора обеспечивает возможность проведения процесса сжигания твердого топлива путем непрерывного порционного его сжигания непосредственно на колосниковой решетке, тогда как остальная часть твердого топлива, загружаемого в загрузочный отсек, остается холодной. При этом взаимное расположение загрузочного отсека, топки с колосниковой решеткой и воздухозаборника, а также выполнение колосниковой решетки куполообразной формы позволяют изменить ориентацию факела относительно точки горения и процесс образования генераторного газа происходит при недостатке кислорода в буферной зоне, расположенной в свободном пространстве замкнутой кольцеобразной камеры газификации. Образующиеся в процессе такого горения генераторные газы содержат продукты полного горения топлива (углекислый газ, вода) и продукты их восстановления, неполного горения и пирогенетического разложения топлива (угарный газ, водород, метан, углерод). В генераторные газы переходит также азот воздуха, т.е в результате осуществления процесса в заявляемом газогенераторе получается качественный генераторный газ с высокой теплотворной способностью.It should be noted that in the gas generator according to the prototype, the process proceeds with an excess of oxygen due to the use of tuyeres in the gasification chamber, and a vertical reaction chamber is provided in the generator design, in which solid fuel is poured, while the process takes place in the entire mass of fuel and at high temperature. The inventive design of the gas generator provides the possibility of carrying out the process of burning solid fuel by continuously batch burning it directly on the grate, while the rest of the solid fuel loaded into the loading compartment remains cold. In this case, the relative position of the loading compartment, the furnace with the grate and the air intake, as well as the implementation of the grate of a dome-shaped shape, allow the torch to change orientation relative to the combustion point and the process of generating gas occurs when there is a lack of oxygen in the buffer zone located in the free space of the closed annular gasification chamber. Generator gases generated during such combustion contain products of complete combustion of fuel (carbon dioxide, water) and products of their reduction, incomplete combustion and pyrogenetic decomposition of fuel (carbon monoxide, hydrogen, methane, carbon). Air nitrogen also passes into the generator gases, that is, as a result of the process in the inventive gas generator, a high-quality generator gas with high calorific value is obtained.

В процессе испытания опытного образца было выявлено, что нагрев твердого топлива в загрузочном отсеке не происходит, кроме того, кольцевая камера газификации выполнена с возможностью охлаждения, например, водой, или принудительным воздухом, или иным хладагентом. Для охлаждения в конструкции заявляемого газогенератора между кольцевой камерой газификации и загрузочным отсеком выполнен кольцевой зазор, в который хладагент попадает через выполненные в кольцевой камере проемы в виде труб, поэтому отсутствие повышенной температуры в загрузочном отсеке и дополнительное охлаждение камеры газификации предохраняет ее от перегревания и разрушения, поэтому конструкция обладает высокой надежностью, т.е. отсутствует возможность термического разрушения и не происходит зарастание элементов конструкции жидкими и твердыми продуктами неполного сгорания топлива. При проведении патентно-информационных исследований заявляемая совокупность признаков не выявлена, поэтому заявляемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».In the process of testing the prototype, it was revealed that heating of solid fuel in the loading compartment does not occur, in addition, the annular gasification chamber is made with the possibility of cooling, for example, with water, or forced air, or other refrigerant. For cooling in the design of the inventive gas generator between the annular gasification chamber and the loading compartment, an annular gap is made in which the refrigerant enters through openings in the form of pipes made in the annular chamber, therefore the absence of an elevated temperature in the loading compartment and additional cooling of the gasification chamber prevents it from overheating and destruction, therefore, the design is highly reliable, i.e. there is no possibility of thermal destruction and there is no overgrowing of structural elements with liquid and solid products of incomplete combustion of fuel. When conducting patent information research, the claimed combination of features was not identified, therefore, the claimed technical solution meets the criterion of "inventive step".

На Фиг.1, 2 схематично изображен газогенератор.1, 2 schematically shows a gas generator.

Заявляемое устройство содержит корпус 1, в котором вертикально расположены загрузочный отсек 2, колосниковая решетка 3, воздухозаборник 4. Кольцеобразная камера газификации 5 выполнена в виде воронки с наружной стенкой 6 и внутренней стенкой 7, причем камера газификации 5 расположена вокруг загрузочного отсека 2 с зазором 19, стенки 6 и 7 в верхней части камеры газификации 5 замкнуты при помощи кольцевого элемента 8. В нижней части наружная стенка 6 соединена по диаметру со стенкой воздухозаборника 4, внутренняя стенка 7 соединена по диаметру со стенкой загрузочного отсека 2.The inventive device comprises a housing 1, in which the loading compartment 2, the grate 3, the air intake 4 are vertically arranged. The annular gasification chamber 5 is made in the form of a funnel with the outer wall 6 and the inner wall 7, and the gasification chamber 5 is located around the loading compartment 2 with a gap 19 , walls 6 and 7 in the upper part of the gasification chamber 5 are closed by means of an annular element 8. In the lower part, the outer wall 6 is connected in diameter with the wall of the air intake 4, the inner wall 7 is connected in diameter with enkoy loading slot 2.

Воздухозаборник 4 выполнен, например, в виде полого цилиндра. Колосниковая решетка 3 выполнена с возможностью поступательного и вращательного движения при помощи поворотного стержня 9 и размещена внутри топки 16, которая образована пространством между выходом загрузочного отсека 2 и воздухозаборником 4. Корпус 1 и камера газификации 5 выполнены с возможностью прохождения через них нагнетаемого в корпус воздуха, для этого в нижней части корпуса 1 выполнен раструб 10, перегородки корпуса 1 имеют разрывы 11, в верхней части корпуса 1 выполнены проемы 12 и отверстия 13 (Фиг.2). Камера газификации 5 для прохождения через нее воздуха имеет трубчатые проходы 14. На наружной стенке 6 камеры газификации установлен газоход 15, соединенный с секцией отвода генераторного газа, содержащая вытяжной вентилятор 17. Для удаления золы в конструкции газогенератора предусмотрен золоприемник 18.The air intake 4 is made, for example, in the form of a hollow cylinder. The grate 3 is made with the possibility of translational and rotational movement with the help of a rotary rod 9 and is placed inside the furnace 16, which is formed by the space between the outlet of the loading compartment 2 and the air intake 4. The housing 1 and the gasification chamber 5 are configured to pass air pumped into the housing through them, for this, a bell 10 is made in the lower part of the housing 1, the partitions of the housing 1 have gaps 11, openings 12 and openings 13 are made in the upper part of the housing 1 (Figure 2). The gasification chamber 5 for the passage of air through it has tubular passages 14. On the outer wall 6 of the gasification chamber there is a gas duct 15 connected to the generator gas exhaust section containing an exhaust fan 17. An ash collector 18 is provided for removing ash in the gas generator design.

Устройство работает следующим образом. В загрузочный отсек 2 газогенератора из бункера (на рисунке не показан) загружается топливо, например пеллеты, которые попадают на колосниковую решетку 3, расположенную в топке 16. Включается вытяжной вентилятор 17, который обеспечивает дополнительную тягу газогенератора. Затем при помощи, например, горелки через воздухозаборник 4 пеллеты поджигаются, и на колосниковой решетке 3 начинается процесс горения топлива. Образованный в камере газификации 5 генераторный газ поступает в газоход 15 и далее через вентилятор 17 выводятся из газогенератора к потребителю. Для предотвращения разрушения камеры газификации от разрушения вследствие достижения высокой температуры в корпус 1 через раструб 10 принудительно, например при помощи вентилятора, подается воздух, который проходит через разрывы 11 корпуса и трубчатые проходы 14 камеры газификации 5. Воздух обтекает воронку по наружной стенке 7 и внутренней стенке 8 камеры газификации 5 со стороны кольцевого зазора 19 (на Фиг.1 направление похождения воздуха показано стрелками) и охлаждает камеру газификации 5 от перегрева. Затем нагретый воздух выходит из корпуса через проемы 12 и отверстия 13 в корпусе 1 (Фиг.2). Колосниковая решетка 3 может совершать поступательное и вращательное движения при помощи поворотного стержня 9. Это предусмотрено для того, чтобы разрыхлить пеллеты перед колосниковой решеткой 3 для обеспечения их непрерывного поступления в топку 16. Для удаления золы в газогенераторе предусмотрен золоприемник 18.The device operates as follows. Fuel is loaded into the loading compartment 2 of the gas generator from the hopper (not shown in the figure), for example, pellets that fall onto the grate 3 located in the furnace 16. An exhaust fan 17 is turned on, which provides additional draft of the gas generator. Then, using, for example, the burners through the air intake 4, the pellets are ignited, and the fuel combustion process starts on the grate 3. Formed in the gasification chamber 5, the generator gas enters the gas duct 15 and then through the fan 17 are removed from the gas generator to the consumer. To prevent the destruction of the gasification chamber from destruction due to the achievement of high temperature, air is forced into the housing 1 through the socket 10, for example by means of a fan, which passes through the gaps 11 of the housing and the tubular passages 14 of the gasification chamber 5. Air flows around the funnel along the outer wall 7 and the inner the wall 8 of the gasification chamber 5 from the side of the annular gap 19 (in Fig. 1, the direction of the air flow is shown by arrows) and cools the gasification chamber 5 from overheating. Then the heated air leaves the housing through the openings 12 and the holes 13 in the housing 1 (Figure 2). The grate 3 can translate and rotate using the pivot rod 9. This is designed to loosen the pellets in front of the grate 3 to ensure their continuous entry into the furnace 16. An ash collector 18 is provided for removing ash in the gas generator.

Небольшое количество золы образуется при запуске газогенератора и при его останове, поэтому регулярного обслуживания золоприемник 18 не требует. Газогенератор позволяет за счет изменения тяги на вентиляторе 17 регулировать массовую скорость горения топлива, что позволяет изменять производительность газогенератора. Процессы управления газогенератором могут быть автоматизированы при помощи штатных средств автоматизации.A small amount of ash is formed when the gas generator is started and when it is stopped, so the ash receiver 18 does not require regular maintenance. The gas generator allows by controlling the draft on the fan 17 to regulate the mass burning rate of the fuel, which allows you to change the performance of the gas generator. Gas generator control processes can be automated using standard automation tools.

Заявляемый газогенератор с подключенным к нему теплообменником при регулярной загрузке топлива проработал непрерывно 8 месяцев без поломок и замечаний, что удовлетворяет условиям отопительного сезона и подтверждает его достаточно высокую надежность. Сравнение потребления топлива с конструкциями подобных газогенераторов показывает, что заявляемый газогенератор потребляет 1 кг топлива на выработку 10 кВт энергии, тогда как в обычных газогенераторах расход топлива составляет 1 кг на 4 кВт. Температура твердого топлива в нижней части загрузочного отсека составляет 70-90°C, т.е. исключается возможность воспламенения твердого топлива вне зоны горения и увеличивается ресурс работы за счет исключения прогорания стенок газогенератора. Также сравнение заявляемого газогенератора показывает, что заявляемый газогенератор по своим габаритным размерам меньше подобных газогенераторов и требует для установки меньшую производственную площадь.The inventive gas generator with a heat exchanger connected to it, with regular fuel loading, worked continuously for 8 months without breakdowns and comments, which meets the conditions of the heating season and confirms its rather high reliability. A comparison of fuel consumption with the designs of such gas generators shows that the inventive gas generator consumes 1 kg of fuel to generate 10 kW of energy, whereas in conventional gas generators the fuel consumption is 1 kg per 4 kW. The temperature of solid fuel in the lower part of the loading compartment is 70-90 ° C, i.e. excludes the possibility of ignition of solid fuel outside the combustion zone and increases the service life by eliminating the burning of the walls of the gas generator. A comparison of the inventive gas generator shows that the inventive gas generator in its overall dimensions is smaller than similar gas generators and requires a smaller production area for installation.

Таким образом, заявляемая конструкция позволяет увеличить время непрерывной работы газогенератора, реализовать компактную установку, повысить эффективность процесса получения генераторного газа при одновременном уменьшении потребления топлива, повысить надежность конструкции газогенератора.Thus, the claimed design allows to increase the time of continuous operation of the gas generator, to implement a compact installation, to increase the efficiency of the process of producing generator gas while reducing fuel consumption, to increase the reliability of the design of the gas generator.

Claims

A gas generator comprising a housing with an annular gasification chamber, a firebox and a grate, which has the possibility of rotational movement, the housing in the upper part has a nozzle for exhaust gas generation, characterized in that the loading compartment is vertically located in the housing, under which there is a firebox with an inside grate grill, and in the lower part of the housing there is an air intake, the grate is made dome-shaped and has the possibility of additional translational motion, which the gas-shaped gasification chamber is made with external and internal walls and is located around the loading compartment with a gap, the walls in the upper part of the chamber are closed, and in the lower part of the chamber its inner wall is connected to the wall of the loading compartment, and the outer wall is connected to the wall of the air intake, the gasification chamber is made with the possibility of cooling it.