RU2631812C2 - Method of gasifying fuel biomass and device for its implementation - Google Patents

Method of gasifying fuel biomass and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2631812C2
RU2631812C2 RU2015156392A RU2015156392A RU2631812C2 RU 2631812 C2 RU2631812 C2 RU 2631812C2 RU 2015156392 A RU2015156392 A RU 2015156392A RU 2015156392 A RU2015156392 A RU 2015156392A RU 2631812 C2 RU2631812 C2 RU 2631812C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
reactor
gasification
zone
fuel
steam
Prior art date
Application number
RU2015156392A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015156392A (en
Inventor
Александр Иванович Забегаев
Игорь Владимирович Тихомиров
Лев Викторович Каменский
Михаил Владимирович Карепанов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ")
Priority to RU2015156392A priority Critical patent/RU2631812C2/en
Publication of RU2015156392A publication Critical patent/RU2015156392A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2631812C2 publication Critical patent/RU2631812C2/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/005Rotary drum or kiln gasifiers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/06Continuous processes
    • C10J3/16Continuous processes simultaneously reacting oxygen and water with the carbonaceous material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/20Apparatus; Plants

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: method involves gasification of fuel biomass in a dense layer moving along the axis of an inclined cylindrical reactor rotating around its axis, including charging solid ground biofuel to the reactor, feeding air to the reactor of the gasifying agent from the reactor side, where solid residues of gasification-ash are accumulated, transfer of the loaded fuel biomass along the reactor axis, removal of the solid gasification residues and combustible fuel gas from the reactor with gas flow filtration through the layer of loaded fuel by successive passage of the reactor zones in countercurrent to the fuel movement. Water is supplied to the reactor by vapourization in the evapourator cavities 13 directly adjacent to the reactor working chamber 2 due to the heat flow from the active oxidation/reduction zone 7 with the injection of steam through the perforated/porous wall of the working chamber. The removal of ash is carried out through a buffer layer 17 of solid particles, forcibly stirred while the reactor rotates. The reactor is equipped with a steam-water curtain belt comprising an annular water reservoir 12 and associated evapourating cavities 13 directly adjacent to the perforated or porous wall of the working chamber and forming a cellular (honeycomb) structure and introducing a regulating unit 4 to the discharge device with an air channel blast 22 and an internal water tank with a temperature sensor.
EFFECT: improving the quality of the produced fuel gas, reducing heat losses, increasing the compactness, economy, reliability, and durability of the reactor, simplifying its design.
7 cl, 12 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области химической технологии и теплоэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергоресурсов и местных видов топлива, в частности биомассы, включая утилизацию твердых органических (углеродсодержащих) отходов, путем газификации с получением горючего газа, содержащего оксид углерода и водород, для последующего производства тепловой и электроэнергии в энергетических установках.The invention relates to the field of chemical technology and power engineering based on the use of renewable energy sources and local fuels, in particular biomass, including the utilization of solid organic (carbon-containing) waste, by gasification to produce combustible gas containing carbon monoxide and hydrogen, for the subsequent production of heat and electricity in power plants.

Приоритетным направлением научно-технического прогресса в энергетике является создание и развитие эффективных технологий использования местных энергоресурсов, в том числе новых видов топлива, получаемых из различных видов биомассы, для построения устойчивой системы децентрализованного энергоснабжения с сопутствующим решением все более актуальной задачи утилизации твердых городских (бытовых) отходов.The priority area of scientific and technological progress in the energy sector is the creation and development of effective technologies for the use of local energy resources, including new fuels derived from various types of biomass, to build a sustainable decentralized energy supply system with the accompanying solution to an increasingly urgent problem of solid urban (household) utilization waste.

«Энергетическая стратегия России на период до 2030 года» предусматривает «… развитие малой энергетики в зоне децентрализованного энергоснабжения за счет повышения эффективности использования местных энергоресурсов, в том числе новых видов топлива, получаемых из различных видов биомассы», которая относится к низкосортным видам топлива с высокой влажностью (до 85% и более), малой энергетической плотностью, низкой теплотой сгорания, неоднородностью фракционного состава, но при этом обладает весомыми преимуществами по сравнению с ископаемыми углеродсодержащими видами сырья (нефть, природный газ, уголь, торф, горючие сланцы): возобновляемость, почти полное отсутствие серы, а также других вредных для оборудования и окружающей среды химических элементов и соединений, распространенность и доступность.The “Energy Strategy of Russia for the Period until 2030” provides for “... the development of small energy in the decentralized energy supply zone by increasing the efficiency of the use of local energy resources, including new fuels derived from various types of biomass”, which refers to low-grade fuels with high humidity (up to 85% or more), low energy density, low heat of combustion, heterogeneity of fractional composition, but at the same time it has significant advantages compared to fossil E carbonaceous feedstocks (oil, natural gas, coal, peat, oil shale): renewability, the almost complete absence of sulfur and other harmful to equipment and the environment of the chemical elements and compounds, the prevalence and availability.

Наиболее универсальным способом, позволяющим использовать различные виды топливной биомассы, под которой будем понимать твердое биотопливо /ГОСТ 33104-2014. Биотопливо твердое. Термины и определения/, получаемое непосредственно или через промежуточные этапы из биомассы (первичной биомассы и твердых отходов ее переработки, органической части твердых городских (бытовых) отходов), является ее высокотемпературная термохимическая конверсия, или газификация (biomass gasification) - сжигание биомассы при температурах 800-1300°С в присутствии воздуха или кислорода и водяного пара с получением топливного газа - смеси H2, СО, СО2, NOx, СН4 /ГОСТ Р 54531-2011. Нетрадиционные технологии. Возобновляемые и альтернативные источники энергии. Термины и определения/, проводимая в реакторах-газификаторах (иначе: газогенераторах, конвертерах).The most universal way to use various types of fuel biomass, which we mean solid biofuel / GOST 33104-2014. Solid biofuels. Terms and definitions /, obtained directly or through intermediate stages from biomass (primary biomass and solid waste from its processing, the organic part of municipal solid (household) waste), is its high-temperature thermochemical conversion, or gasification (biomass gasification) - burning of biomass at temperatures of 800 -1300 ° C in the presence of air or oxygen and water vapor to produce fuel gas - a mixture of H 2 , CO, CO 2 , NO x , CH 4 / GOST R 54531-2011. Unconventional technologies. Renewable and alternative energy sources. Terms and definitions / carried out in gasification reactors (otherwise: gas generators, converters).

В связи с этим актуальной является проблема создания высокотехнологичного компактного оборудования газификации для модульных автономных малых энергоустановок для применения в локальной малой энергетике, в качестве источников электроэнергии глубокого резерва на территориях с возможными долговременными чрезвычайными ситуациями, для оснащения станций зарядки электромобилей на природоохранных и иных территориях, при экологически чистой утилизации отходов (в качестве альтернативы мусоросжигательным технологиям).In this regard, the urgent problem is the creation of high-tech compact gasification equipment for modular autonomous small power plants for use in local small-scale energy, as sources of deep reserve electricity in territories with possible long-term emergency situations, for equipping electric vehicle charging stations in environmental and other territories, environmentally friendly waste management (as an alternative to incineration technologies).

Существующие технологии и конструкции газификации твердых (конденсированных) углеродсодержащих топлив, в том числе топливной биомассы, весьма разнообразны /А. Самылин, М. Яшин. Современные конструкции газогенераторных установок. - ЛесПромИнформ, №1, 2009, с. 78-85; Железная Т.А., Гелетуха Г.Г. Обзор современных технологий газификации биомассы. - Пром. теплотехника, 2006, т. 28, №2, с. 61-75; Копытов В.В. Газификация конденсированных топлив: ретроспективный обзор, современное состояние дел и перспективы развития - М.: Инфра-Инженерия, 2012 - 504 с., с. 263-271/. С экологической точки зрения их главным преимуществом является сравнительно низкий уровень негативного воздействия на окружающую среду. Это, в первую очередь, обусловлено достаточно продолжительным (особенно для газификации в плотном слое) нахождением газообразных продуктов газификации конденсированных топлив сначала в зоне окисления (горения) при температурах от 1000…1200°С и выше, а затем в восстановительной (бескислородной) зоне формирования горючего топливного газа. При таких условиях происходит термическое разложение и восстановительное дехлорирование наиболее опасных веществ - диоксинов, фуранов, полихлорбифенилов, бенз(а)пиренов и других полициклических ароматических углеводородов.Existing technologies and designs for gasification of solid (condensed) carbon-containing fuels, including biomass fuel, are very diverse / A. Samylin, M. Yashin. Modern designs of gas generating units. - LesPromInform, No. 1, 2009, p. 78-85; Zheleznaya T.A., Geletukha G.G. Overview of modern biomass gasification technologies. - Prom. heat engineering, 2006, v. 28, No. 2, p. 61-75; Kopytov V.V. Gasification of condensed fuels: a retrospective review, current state of affairs and development prospects - M .: Infra-Engineering, 2012 - 504 p., P. 263-271 /. From an environmental point of view, their main advantage is the relatively low level of negative impact on the environment. This is primarily due to the rather long (especially for gasification in a dense layer) presence of gaseous products of gasification of condensed fuels, first in the oxidation (combustion) zone at temperatures from 1000 ... 1200 ° C and higher, and then in the reduction (oxygen-free) formation zone combustible fuel gas. Under such conditions, thermal decomposition and reductive dechlorination of the most dangerous substances - dioxins, furans, polychlorobiphenyls, benzo (a) pyrenes and other polycyclic aromatic hydrocarbons occur.

В то же время существующее оборудование (установки, реакторы …) газификации имеет низкую энергоэффективность, не отвечает современным требованиям по ряду эксплуатационно-технических характеристик, и в первую очередь, по компактности, простоте и удобству обслуживания, надежности, рабочему ресурсу, универсальности по сырью, а также по экологической безопасности, что ограничивает его конкурентоспособность на мировом энергетическом рынке.At the same time, existing gasification equipment (plants, reactors ...) has low energy efficiency, does not meet modern requirements for a number of operational and technical characteristics, and first of all, for compactness, simplicity and ease of maintenance, reliability, work resource, versatility in raw materials, as well as environmental safety, which limits its competitiveness in the global energy market.

Значительные преимущества при разработке эффективных технических решений имеет технология газификация по схеме прямого процесса в плотном слое при встречной подаче газифицирующего агента (в частности, воздуха) и топлива, поскольку дает возможность использовать низкокалорийные топлива влажностью до 40…50% с высоким кпд теплового процесса (до 95%), обеспечивая экологическую чистоту газовых выбросов /Справочник. «Котельные и электростанции на биотопливе. Современные технологии получения тепловой и электрической энергии с использованием различных видов биомассы». Овсянко А.Д., Печников С.А., Санкт-Петербург, Биотопливный портал WOOD-PELLETS.COM. 2008 г., 360 с. с илл., с. 111-151; Биомасса как источник энергии. Под ред. С. Соуфера, О. Заборски. - М., Мир, 1985; Копытов В.В. Газификация конденсированных топлив: ретроспективный обзор, современное состояние дел и перспективы развития - М.: Инфра-Инженерия, 2012. - 504 с./.Significant advantages in the development of effective technical solutions are gasification technology according to the direct process scheme in a dense layer with a counter supply of a gasifying agent (in particular, air) and fuel, since it makes it possible to use low-calorific fuels with a humidity of up to 40 ... 50% with a high thermal process efficiency (up to 95%), ensuring the environmental cleanliness of gas emissions / Handbook. “Boiler houses and biofuel power plants. Modern technologies for producing heat and electric energy using various types of biomass. ” Ovsyanko A.D., Pechnikov S.A., St. Petersburg, Biofuel portal WOOD-PELLETS.COM. 2008, 360 p. with ill., p. 111-151; Biomass as a source of energy. Ed. S. Soufer, O. Zaborski. - M., Mir, 1985; Kopytov V.V. Gasification of condensed fuels: a retrospective review, current state of affairs and development prospects - M .: Infra-Engineering, 2012. - 504 pp. /.

Общая схема данной технологии газификации может быть представлена в следующем виде.The general scheme of this gasification technology can be presented as follows.

Газифицирующий агент, содержащий окислитель - кислород и, возможно, воду и/или углекислый газ, поступает в зону горения (иначе - в активную зону окисления/восстановления), в которой кислород взаимодействует с углеродом твердого топлива в виде кокса или полукокса при температурах около 900-1300°С. Газифицирующий агент подается в реактор противотоком к топливу таким образом, что газ-окислитель по крайней мере частично предварительно пропускается через слой горячих твердых продуктов горения, в которых углерод уже отсутствует. В этой зоне происходит охлаждение твердых продуктов горения и нагрев газифицирующего агента перед его поступлением в зону горения. В зоне горения свободный кислород газифицирующего агента полностью расходуется и горячие газообразные продукты горения, включающие диоксид углерода и пары воды, поступают в следующий слой твердого топлива, называемый зоной восстановления, в которой диоксид углерода и водяной пар вступают в химические реакции с углеродом топлива, образуя горючий топливный газ. Тепловая энергия раскаленных в зоне горения газов частично расходуется в этих реакциях восстановления. Температура газового потока снижается по мере того, как газ протекает сквозь твердое топливо и передает последнему свое тепло. Нагретое в отсутствие кислорода топливо подвергается пиролизу. В результате пиролиза получаются кокс, смолы пиролиза и горючие газы. Топливный газ (содержащий пары углеводородов, водяной пар, а также пиролизные смолы) выводится для последующего использования.A gasifying agent containing an oxidizing agent - oxygen and possibly water and / or carbon dioxide - enters the combustion zone (otherwise, into the active zone of oxidation / reduction), in which oxygen interacts with the carbon of solid fuel in the form of coke or semi-coke at temperatures of about 900 -1300 ° C. The gasification agent is fed into the reactor countercurrent to the fuel in such a way that the oxidizing gas is at least partially preliminarily passed through a layer of hot solid combustion products in which carbon is already absent. In this zone, solid combustion products are cooled and the gasification agent is heated before it enters the combustion zone. In the combustion zone, the free oxygen of the gasifying agent is completely consumed and hot gaseous products of combustion, including carbon dioxide and water vapor, enter the next layer of solid fuel, called the reduction zone, in which carbon dioxide and water vapor react chemically with the carbon of the fuel, forming combustible fuel gas. The thermal energy of the gases heated in the combustion zone is partially consumed in these reduction reactions. The temperature of the gas stream decreases as the gas flows through the solid fuel and transfers its heat to the latter. The fuel heated in the absence of oxygen undergoes pyrolysis. Pyrolysis produces coke, pyrolysis resins and combustible gases. Fuel gas (containing hydrocarbon vapors, water vapor, and pyrolysis resins) is discharged for later use.

При газификации протекают реакции как с выделением тепла, так и с его поглощением, поэтому для поддержания процесса должно быть обеспечено условие автотермичности, при котором суммарный тепловой эффект всех реакций будет равен нулю. Необходимые для протекания процесса высокие температуры достигаются за счет сверхадиабатического разогрева, обусловленного рекуперацией тепла в зону горения при противоточной подаче газообразного окислителя. Поэтому целесообразно вводить в состав газообразного окислителя водяной пар (т.н. паровоздушное дутье), который при температурах выше 800°С вступает в эндотермические реакции с углеродом, что позволяет контролировать температурный режим и повышать содержание горючих компонентов (водорода и монооксида углерода) в топливном газе, что характеризует качество газа.During gasification, reactions occur both with the release of heat and with its absorption, therefore, to maintain the process, the condition of autothermality must be ensured, in which the total thermal effect of all reactions will be zero. High temperatures necessary for the process to occur are achieved due to super-adiabatic heating caused by heat recovery in the combustion zone with countercurrent supply of a gaseous oxidizer. Therefore, it is advisable to introduce water vapor (the so-called steam-air blasting) into the composition of the gaseous oxidizer, which at temperatures above 800 ° C enters endothermic reactions with carbon, which allows you to control the temperature regime and increase the content of combustible components (hydrogen and carbon monoxide) in the fuel gas, which characterizes the quality of the gas.

В рамках данной технологии получили распространение конструкции реакторов шахтного типа, которым, однако, присущи существенные недостатки, ограничивающие их практическое применение. Так, для решения проблемы теплоизоляции применяются конструкции с огнеупорными (футерованными) стенками /Биомасса как источник энергии. Под ред. С. Соуфера, О. Заборски.- М., Мир, 1985, с. 214-216, 226; Г.Г.Токарев. Газогенераторные автомобили. Гос. науч.-тех. изд-во машиностр. лит., М., 1955, с. 42-44/, что предопределяет низкие эксплуатационно-технические характеристики (громоздкость конструкции, сложность технического обслуживания и ремонта, низкая готовность к работе, малый рабочий ресурс, высокие эксплуатационные расходы, низкий уровень автоматизации).Within the framework of this technology, the design of shaft-type reactors has spread, which, however, has significant drawbacks that limit their practical application. So, to solve the problem of thermal insulation, structures with refractory (lined) walls are used / Biomass as an energy source. Ed. S. Soufer, O. Zaborski.- M., Mir, 1985, p. 214-216, 226; G.G. Tokarev. Gas generating cars. Gos. scientific publishing house lit., M., 1955, p. 42-44 /, which determines low operational and technical characteristics (cumbersome design, the complexity of maintenance and repair, low availability, low working life, high operating costs, low level of automation).

Локализация очага горения в центре камеры посредством центрального дутья позволяет применять в известных конструкциях металлические стенки с пароводяным охлаждением (пароводяной рубашкой) / Справочник. «Котельные и электростанции на биотопливе. Современные технологии получения тепловой и электрической энергии с использованием различных видов биомассы». Овсянко А.Д., Печников С.А., Санкт-Петербург, Биотопливный портал WOOD-PELLETS.COM. 2008 г., 360 с. с илл., с. 120; А. Самылин, М. Яшин. Современные конструкции газогенераторных установок. - ЛесПромИнформ, №1, 2009, с. 78-85; Железная Т.А., Гелетуха Г.Г. Обзор современных технологий газификации биомассы.- Пром. теплотехника, 2006, т. 28, №2, с. 61-75/. Однако применение внешнего охлаждения связано с существенными потерями тепла, а также снижением качества (горючей составляющей) газа вблизи стенок (т.н. «краевой» газ) и соответствующим падением кпд газификации.The localization of the combustion zone in the center of the chamber by means of a central blast allows the use of metal walls with steam-water cooling (steam-water jacket) / Reference book in known designs. “Boiler houses and biofuel power plants. Modern technologies for producing heat and electric energy using various types of biomass. ” Ovsyanko A.D., Pechnikov S.A., St. Petersburg, Biofuel portal WOOD-PELLETS.COM. 2008, 360 p. with ill., p. 120; A. Samylin, M. Yashin. Modern designs of gas generating units. - LesPromInform, No. 1, 2009, p. 78-85; Zheleznaya T.A., Geletukha G.G. Overview of modern biomass gasification technologies. - Prom. heat engineering, 2006, v. 28, No. 2, p. 61-75 /. However, the use of external cooling is associated with significant heat loss, as well as a decrease in the quality (combustible component) of the gas near the walls (the so-called "edge" gas) and a corresponding decrease in the efficiency of gasification.

Существенной не решенной для таких реакторов проблемой остается также обеспечение стабильности протекания горения. Поскольку перерабатываемые материалы зачастую имеют неравномерную газопроницаемость и склонны к слипанию при пиролизе, то и фронт пиролиза и газификации может распространяться по сечению реактора неравномерно. В слое перерабатываемого сырья могут образоваться «прогары», по которым преимущественно протекает газовый поток, происходят обрушения материала в полости, образованные при горении, и одновременно могут формироваться практически газонепроницаемые области. Как следствие, распределение температуры в зоне горения оказывается неоднородным и плохо управляемым, что ведет к снижению качества газа.Ensuring the stability of the flow of combustion also remains a significant problem that has not been solved for such reactors. Since the processed materials often have uneven gas permeability and are prone to sticking together during pyrolysis, the front of the pyrolysis and gasification can also propagate unevenly over the reactor cross section. In the layer of processed raw materials, “burnouts” can form, through which the gas stream mainly flows, material collapses in the cavities formed during combustion, and almost gas-tight regions can form at the same time. As a result, the temperature distribution in the combustion zone is heterogeneous and poorly controlled, which leads to a decrease in gas quality.

Отмеченная выше проблема во многом решается посредством применения вращающихся цилиндрических наклонных реакторов-газификаторов (см., например, «Способ переработки конденсированного горючего путем газификации и устройство для его осуществления», патент RU 2322641, Дорофеенко, Манелис и др., дата публ. 27.11.2007), где процесс газификации твердого кускового (измельченного для обеспечения перемешивания и газопроницаемости) топлива осуществляется в режиме фильтрационного горения со сверхадиабатическим разогревом в «плотном» слое.The problem noted above is largely solved by the use of rotating cylindrical inclined gasification reactors (see, for example, “A method for processing condensed fuel by gasification and a device for its implementation”, patent RU 2322641, Dorofeenko, Manelis et al., Publication date 27.11. 2007), where the process of gasification of solid lump (crushed to ensure mixing and gas permeability) fuel is carried out in the filtration combustion mode with super-adiabatic heating in a "dense" layer.

Однако эффективность процесса газификации для этого способа ограничивается отсутствием решений по обеспечению подачи воды (водяного пара) в реактор, а также теплозащиты (охлаждения) стенок реактора.However, the efficiency of the gasification process for this method is limited by the lack of solutions to ensure the supply of water (water vapor) to the reactor, as well as thermal protection (cooling) of the walls of the reactor.

Такие решения предлагаются в «Способе переработки конденсированного топлива и устройстве для его осуществления (Патент RU 2376527, Жирнов, Зайченко, Манелис, Полианчик, дата публ. 20.12.2009), являющихся наиболее близкими к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков.Such solutions are proposed in the "Method for processing condensed fuel and a device for its implementation (Patent RU 2376527, Zhirnov, Zaichenko, Manelis, Polyanchik, published date 20.12.2009), which are closest to the claimed invention in terms of essential features.

Указанный способ реализует описанную выше общую схему газификации твердых органических топлив в противотоке газифицирующего агента (прямой процесс газификации) и включает загрузку кускового (измельченного) топлива в цилиндрический реактор, подачу в реактор газифицирующего агента, содержащего кислород, со стороны реактора, где происходит накопление твердых продуктов переработки (остатков газификации), перемещение загруженного топлива вдоль оси реактора, вывод твердых остатков газификации из реактора, вывод из реактора продуктов сушки, пиролиза и горения в виде горючего топливного газа (продукт-газа) таким образом, что газификация проводится посредством последовательного пребывания топлива в зоне нагревания и сушки, зоне пиролиза, зоне горения (активной зоне окисления/восстановления) и зоне охлаждения, а газовый поток, формируемый подачей газифицирующего агента, проходит последовательно зону охлаждения, зону горения, зону пиролиза, зону нагревания и сушки, а конечный продукт - топливный газ фильтруется через слой загруженного топлива.The specified method implements the general scheme of gasification of solid organic fuels described above in countercurrent gasification agent (direct gasification process) and includes loading lump (ground) fuel into a cylindrical reactor, feeding the gasification agent containing oxygen to the reactor from the side of the reactor where the accumulation of solid products processing (gasification residues), moving loaded fuel along the axis of the reactor, removing solid gasification residues from the reactor, removing drying products from the reactor and, pyrolysis and combustion in the form of a combustible fuel gas (product gas) in such a way that gasification is carried out by sequentially staying fuel in the heating and drying zone, the pyrolysis zone, the combustion zone (active oxidation / reduction zone) and the cooling zone, and the gas stream formed by the supply of a gasifying agent passes successively a cooling zone, a combustion zone, a pyrolysis zone, a heating and drying zone, and the final product, fuel gas, is filtered through a layer of loaded fuel.

В реактор, в зону, где температура максимальна/превышает 400°С, подают воду в жидком виде. Для обеспечения равномерности распределения по сечению реактора водяного пара, испаряемого на нагретых твердых материалах шихты, процесс проводят в наклонном вращающемся реакторе, установленном под углом к горизонту в пределах от 22 до 65°. Температура в активной зоне ограничивается за счет испарительного внутреннего охлаждения в совокупности с пассивным охлаждением за счет эндотермических реакций. Достоинствами указанного способа является высокая эффективность процесса газификации топлив, в том числе мелкодисперсных и склонных к спеканию, а именно высокий кпд газификации, отсутствие непрореагировавшего топлива в отходах, низкий уровень вредных выбросов в атмосферу. Однако существенными недостатками способа являются сложность и ненадежность, обусловленные наличием в высокотемпературной зоне дополнительных устройств (труба для подачи воды; датчики температуры; уплотнения, обеспечивающие герметичность реактора при вращении). При изменениях параметров сырья (насыпной плотности, фракционного состава и др.) возможно ухудшение газопроницаемости слоя продуктов переработки (золы) из-за спекания топлива, что не позволяет поддерживать оптимальные параметры паровоздушного дутья и затрудняет работу разгрузочного устройства. Также не решена проблема тепловой защиты конструкции реактора (боковой стенки, разгрузочного устройства) для снижения тепловых потерь и обеспечения его надежности и долговечности. Обычно применяется футеровка корпуса теплоизоляционной кладкой, однако такая защита недостаточна, надежность, ремонтопригодность и срок службы таких конструкций низки, недостаточная компактность, высокие массовые и габаритные характеристики ограничивают применение реакторов в малогабаритных, мобильных и полустационарных энергетических установках, предназначенных для децентрализованного энергоснабжения. При этом необходим дополнительный расход энергии на вращение реактора ввиду его большой массы.In the reactor, in the zone where the temperature is maximum / exceeds 400 ° C, water is supplied in liquid form. To ensure uniform distribution over the reactor cross section of water vapor evaporated on heated solid materials of the mixture, the process is carried out in an inclined rotating reactor installed at an angle to the horizon in the range from 22 to 65 °. The temperature in the core is limited by evaporative internal cooling in conjunction with passive cooling due to endothermic reactions. The advantages of this method are the high efficiency of the process of gasification of fuels, including finely dispersed and prone to sintering, namely, high efficiency of gasification, the absence of unreacted fuel in the waste, low level of harmful emissions into the atmosphere. However, the significant disadvantages of the method are the complexity and unreliability due to the presence of additional devices in the high-temperature zone (water supply pipe; temperature sensors; seals ensuring the tightness of the reactor during rotation). With changes in the parameters of the raw materials (bulk density, fractional composition, etc.), the gas permeability of the layer of processed products (ash) may be deteriorated due to sintering of fuel, which does not allow maintaining the optimal parameters of steam-air blasting and complicates the operation of the unloading device. Also, the problem of thermal protection of the reactor structure (side wall, unloading device) has not been solved to reduce heat loss and ensure its reliability and durability. The shell lining is usually used with insulating masonry, however, such protection is insufficient, reliability, maintainability and the service life of such structures are low, insufficient compactness, high mass and dimensional characteristics limit the use of reactors in small-sized, mobile and semi-stationary power plants intended for decentralized power supply. In this case, an additional energy consumption is required for the rotation of the reactor due to its large mass.

Кроме того, наличие только одной точки подачи воды препятствует равномерному распределению пара, особенно при больших размерах реактора, что снижает возможность управления рабочими параметрами газификации в целях их оптимизации применительно к топливам различного вида.In addition, the presence of only one water supply point prevents the uniform distribution of steam, especially with a large reactor, which reduces the ability to control the operating parameters of gasification in order to optimize them for various types of fuels.

Настоящее изобретение направлено на решение задач технического осуществления подачи воды в противоточный реактор-газификатор плотного слоя, тепловой защиты стенки реактора, а также разгрузки твердых остатков газификации - золы со стабилизацией параметров процесса газификации.The present invention is directed to solving the problems of technical implementation of water supply to a countercurrent dense bed gasification reactor, thermal protection of the reactor wall, as well as unloading of solid gasification residues - ash with stabilization of gasification process parameters.

Для решения поставленной задачи предлагается способ газификации топливной биомассы в плотном слое в наклонном цилиндрическом реакторе, вращающемся вокруг своей оси, включающий загрузку топливной биомассы в виде твердого кускового (измельченного) биотоплива в реактор, подачу в реактор газифицирующего агента - воздуха со стороны реактора, где происходит накопление твердых остатков газификации, перемещение загруженной топливной биомассы вдоль оси реактора, вывод твердых остатков газификации и топливного газа из реактора, при этом газификацию проводят посредством последовательного пребывания топливной биомассы в зоне нагревания и сушки, зоне пиролиза, активной зоне окисления/восстановления и зоне охлаждения, а газовый поток проходит последовательно зону охлаждения, активную зону, зону пиролиза и зону нагревания и сушки, причем конечный продукт газификации - горючий топливный газ фильтруется через слой загруженной топливной биомассы, подачу воды в реактор.To solve this problem, we propose a method of gasification of fuel biomass in a dense layer in an inclined cylindrical reactor rotating around its axis, including loading fuel biomass in the form of solid lumped (crushed) biofuel into the reactor, supplying gasification agent to the reactor — air from the side of the reactor, where the accumulation of solid gasification residues, the movement of the loaded fuel biomass along the axis of the reactor, the withdrawal of solid gasification residues and fuel gas from the reactor, while gas The ication is carried out by sequentially storing the fuel biomass in the heating and drying zone, the pyrolysis zone, the active oxidation / reduction zone and the cooling zone, and the gas flow passes through the cooling zone, the active zone, the pyrolysis zone and the heating and drying zone, the final gasification product being combustible fuel gas is filtered through a layer of loaded biomass fuel, supplying water to the reactor.

В отличие от известного прототипа подача воды в реактор осуществляется в виде водяного пара, при этом парообразование происходит за счет теплового потока из активной зоны окисления/восстановления в полостях, примыкающих к стенке рабочей камеры (рабочего объема) реактора. В результате нагрева происходит инжекция перегретого пара в активную зону окисления/восстановления через перфорированную/пористую стенку рабочей камеры реактора, причем распределенно по периметру и по длине активной зоны окисления/восстановления, что способствует равномерности распределения пара и позволяет обеспечить теплозащиту стенки реактора посредством ее термостатирования с локализацией высокотемпературной зоны в центре камеры реактора, что, в свою очередь, обеспечивает достижение технических результатов в виде повышения качества получаемого топливного газа и уменьшения потерь тепла, а также повышения компактности, экономичности, надежности и долговечности реактора, упрощения его конструкции за счет исключения конструктивных элементов (узлов) в высокотемпературной зоне (трубы для подачи воды).In contrast to the known prototype, the water is supplied to the reactor in the form of water vapor, while vaporization occurs due to the heat flux from the active oxidation / reduction zone in the cavities adjacent to the wall of the working chamber (working volume) of the reactor. As a result of heating, superheated steam is injected into the active zone of oxidation / reduction through the perforated / porous wall of the working chamber of the reactor, moreover, it is distributed along the perimeter and along the length of the active zone of oxidation / reduction, which contributes to uniform distribution of steam and allows thermal protection of the wall of the reactor by means of temperature control with localization of the high-temperature zone in the center of the reactor chamber, which, in turn, ensures the achievement of technical results in the form of an increase in the quality of the resulting fuel gas and reducing heat loss, as well as increasing the compactness, efficiency, reliability and durability of the reactor, simplifying its design by eliminating structural elements (assemblies) in the high-temperature zone (water supply pipes).

При этом используется комбинация различных механизмов внутреннего охлаждения стенок реактора, а именно активного регенеративно-испарительного, транспирационного (перфорационного) и завесного охлаждения в пристеночной области активной зоны реактора /аналог см., например, «Ракетные двигательные установки. Термины и определения»: учеб. пособие / Д.А. Ягодников, Н.Я. Ирьянов. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012; ГОСТ 17655-89. Двигатели ракетные жидкостные. Термины и определения/, а также пассивного термохимического управления эндотермическими реакциями газификации:In this case, a combination of various mechanisms of internal cooling of the walls of the reactor is used, namely, active regenerative-evaporative, transpiration (perforation) and curtain cooling in the near-wall region of the reactor core / analogue see, for example, “Rocket propulsion systems. Terms and definitions ": textbook. allowance / D.A. Yagodnikov, N.Ya. Iryanov. - M.: Publishing House of MSTU. N.E. Bauman, 2012; GOST 17655-89. Liquid rocket engines. Terms and definitions of /, as well as passive thermochemical control of endothermic gasification reactions:

С+Н2О=СО+H2 - 28380 ккал,С + Н 2 О = СО + H 2 - 28380 kcal,

С+2Н2О=СО2+2Н2 - 17970 ккал.С + 2Н 2 О = СО 2 + 2Н 2 - 17970 kcal.

Поступление водяного пара в камеру регулируется автоматически термическим способом /аналог см., например, Г.Г. Токарев. Газогенераторные автомобили. Гос. науч.-тех. изд-во машиностр. лит., М., 1955, с. 37/, когда скорость и количество пара изменяются в зависимости от температуры в активной зоне и степени нагрева испарительных полостей, при этом количество подаваемой в испарители извне воды может ограничиваться заданным весовым соотношением воды и топливной биомассы, соответствующим требуемому режиму газификации и/или составу топливного газа.The flow of water vapor into the chamber is automatically controlled thermally / analog see, for example, G.G. Tokarev. Gas generating cars. Gos. scientific publishing house lit., M., 1955, p. 37 /, when the speed and amount of steam change depending on the temperature in the core and the degree of heating of the evaporation cavities, while the amount of water supplied to the evaporators from the outside can be limited by a predetermined weight ratio of water and fuel biomass corresponding to the required gasification mode and / or fuel gas composition .

Отличительные особенности газификатора, обеспечивающие достижение указанных выше технических результатов, состоят в том, что реактор оснащен поясом пароводяной завесы, встроенным в пространство внутри двойной боковой стенки реактора, состоящей из внешней стенки - кожуха и внутренней стенки - стенки рабочей камеры (рабочего объема) реактора. Пояс пароводяной завесы включает в себя кольцевой резервуар для воды, подающейся извне под давлением через обратный клапан, и соединенные с ним через напорно-переливные клапаны испарительные полости, образующие ячеистую (сотовую) структуру на стенке рабочей камеры. Стенка рабочей камеры перфорирована либо имеет пористую структуру по длине активной зоны окисления/восстановления реактора для обеспечения прохождения перегретого пара из испарительных полостей (ячеек) в пристеночную область активной зоны рабочей камеры реактора.Distinctive features of the gasifier, ensuring the achievement of the above technical results, are that the reactor is equipped with a steam-water curtain belt integrated into the space inside the double side wall of the reactor, consisting of an external wall - a casing and an internal wall - the wall of the working chamber (working volume) of the reactor. The belt of the steam-water curtain includes an annular reservoir for water, which is supplied externally under pressure through a non-return valve, and evaporation cavities connected to it through pressure-relief valves, which form a cellular (honeycomb) structure on the wall of the working chamber. The wall of the working chamber is perforated or has a porous structure along the length of the active zone of oxidation / reduction of the reactor to ensure the passage of superheated steam from the evaporation cavities (cells) into the wall region of the active zone of the working chamber of the reactor.

Для дополнительного повышения теплозащиты внутренняя поверхность стенки рабочей камеры реактора предпочтительно имеет высокую теплоотражательную способность (низкую степень черноты) за счет выбора материала и полировки поверхности, а свободное пространство внутри двойной стенки реактора, не занятое поясом пароводяной завесы, может быть вакуумировано либо заполнено теплоизолирующим материалом и/или включать в себя теплоотражающие экраны, выполненные, например, из материалов типа алюминиевой фольги (альфоля).To further enhance thermal protection, the inner surface of the wall of the working chamber of the reactor preferably has a high heat reflectivity (low degree of blackness) due to the choice of material and polishing of the surface, and the free space inside the double wall of the reactor, not occupied by the belt of the steam-water curtain, can be evacuated or filled with heat-insulating material and / or include heat-reflecting screens made, for example, of materials such as aluminum foil (alpha).

Для упрощения конструкции за счет сокращения герметизирующих уплотнений предусмотрен маятниковый режим вращения реактора, т.е. с периодической сменой направления его вращения после поворота на определенный угол (например, на 180°).To simplify the design by reducing the sealing seals, a pendulum rotation mode of the reactor is provided, i.e. with a periodic change in the direction of its rotation after rotation by a certain angle (for example, 180 °).

Кроме того, в разгрузочное устройство введен неподвижный относительно вращения реактора регулировочный блок, а также прилегающий к нему сверху насыпной буферный слой из твердых частиц шарообразной или иной формы из твердого износостойкого инертного жаропрочного материала. Удаление отходов газификации (золы) осуществляется их измельчением и просеиванием через насыпной буферный слой, разрыхляемый и перемешиваемый в процессе вращения реактора. При этом для стабилизации положения активной зоны и температурного режима в ней осуществляют ступенчатое (дискретное) либо плавное (непрерывное) регулирование (переключение) управляющих параметров газификатора - скорости вращения реактора и скорости воздушного дутья - термическим способом: в обратной зависимости от температуры в регулировочном блоке, куда извне подается вода, которая в процессе нагрева при превышении температурного порога, в частности 100°С, превращается в пар с автоматической его инжекцией в активную зону реактора совместно с воздушным дутьем.In addition, an adjustment block, fixed relative to the rotation of the reactor, was introduced into the unloading device, as well as a bulk buffer layer of solid particles of a spherical or other shape made of solid wear-resistant inert heat-resistant material adjacent to it from above. The removal of gasification waste (ash) is carried out by grinding and sifting through a bulk buffer layer, loosened and mixed during the rotation of the reactor. In this case, to stabilize the position of the active zone and the temperature regime, stepwise (discrete) or smooth (continuous) regulation (switching) of the gasifier control parameters — the reactor rotation speed and air blast speed — is carried out in the thermal way: inversely with the temperature in the control unit, where water is supplied from outside, which during heating, when the temperature threshold is exceeded, in particular 100 ° C, turns into steam with its automatic injection into the core of the reactor Naturally with air blast.

Для этого предлагается конструкция регулировочного блока с корпусом в форме усеченного конуса или усеченной пирамиды (или иной подобной формы) с внутренним резервуаром - полостью для воды и сквозным центральным осевым каналом для воздушного дутья, причем резервуар и канал соединены отверстиями для прохождения пара из резервуара при кипении воды, также на корпусе на его внешней конусной поверхности/боковых гранях могут крепиться элементы (ребра, лопатки, скобы, штыри и/или иные детали) для разрыхления и перемешивания прилегающего слоя золы (включая буферный слой).For this purpose, an adjustment block design is proposed with a housing in the form of a truncated cone or a truncated pyramid (or other similar shape) with an internal reservoir - a water cavity and a through central axial channel for air blasting, moreover, the reservoir and the duct are connected by openings for passage of steam from the reservoir during boiling water, also on the case on its outer conical surface / side faces can be attached elements (ribs, vanes, staples, pins and / or other parts) for loosening and mixing the adjacent layer of s (including the buffer layer).

Сущность изобретения поясняется фиг. 1-12.The invention is illustrated in FIG. 1-12.

На фиг. 1 представлена общая схема устройства - газификатора для осуществления способа газификации топливной биомассы в плотном слое в наклонном вращающемся реакторе с внутренним комбинированным охлаждением (положение реактора - вертикальное).In FIG. 1 shows a general diagram of a gasifier device for implementing a method of gasification of fuel biomass in a dense layer in an inclined rotating reactor with internal combined cooling (the position of the reactor is vertical).

На фиг. 2 и фиг. 3 показаны соответственно разрез А-А и разрез Б-Б согласно фиг. 1.In FIG. 2 and FIG. 3, respectively, section A-A and section B-B according to FIG. one.

На фиг. 4 показан выносной элемент В согласно фиг. 1.In FIG. 4 shows the extension member B of FIG. one.

На фиг. 5 показан выносной элемент Г согласно фиг. 1.In FIG. 5 shows the extension element G according to FIG. one.

На фиг. 6 представлена схема регулировочного блока.In FIG. 6 is a diagram of an adjustment unit.

На фиг. 7 показан вид Д согласно фиг. 6 с корпусом регулировочного блока в форме усеченного конуса (вариант 1) и усеченной пирамиды (вариант 2).In FIG. 7 shows a view D according to FIG. 6 with the housing of the adjustment unit in the form of a truncated cone (option 1) and a truncated pyramid (option 2).

На фиг. 8 приведен общий вид газификатора с реактором в рабочем (наклонном) положении.In FIG. Figure 8 shows a general view of the gasifier with the reactor in the working (inclined) position.

На фиг. 9-11 представлены примерные циклограммы регулирования управляющих параметров (скорости вращения, воздушного дутья) реактора-газификатора - ступенчатого, или дискретного (фиг. 9 - простой одинарный цикл, фиг. 10 - сложный многошаговый цикл) и плавного, или непрерывного (фиг. 11).In FIG. Figures 9-11 show exemplary cyclograms of controlling control parameters (speed of rotation, air blasting) of a gasifier reactor - stepped or discrete (Fig. 9 - a simple single cycle, Fig. 10 - a complex multi-step cycle) and smooth, or continuous (Fig. 11 )

На фиг. 12 представлены графики зависимости минимального внутреннего диаметра камеры реактора D от требуемой/допустимой рабочей температуры Т стенок камеры для различных параметров процесса: температуры Тпс периферийной (пристеночной) части активной зоны, насыпной плотности (BD)Y сырья.In FIG. 12 shows graphs of the dependence of the minimum internal diameter of the reactor chamber D on the required / permissible operating temperature T of the chamber walls for various process parameters: temperature T ps of the peripheral (wall) part of the core, bulk density (BD) Y of the feedstock.

Способ газификации топливной биомассы осуществляется посредством устройства (фиг. 1-8), которое работает следующим образом.The method of gasification of fuel biomass is carried out by means of a device (Fig. 1-8), which operates as follows.

Сырье - топливная биомасса "F", при необходимости предварительно измельченная, загружается в рабочую камеру 2 реактора через загрузочное устройство 3, включающее шлюзовую камеру, и далее поступает в реактор через вертикальный цилиндр. При этом уровень перерабатываемого сырья в рабочей камере 2 реактора поддерживается постоянным, поскольку при вращении реактора происходит высыпание сырья из цилиндра. Сырье в реакторе проходит последовательно через зону сушки 5, зону пиролиза 6, активную зону окисления/восстановления 7 и зону охлаждения 8.Raw materials - fuel biomass "F", if necessary pre-crushed, is loaded into the working chamber 2 of the reactor through a loading device 3, including a lock chamber, and then enters the reactor through a vertical cylinder. At the same time, the level of processed raw materials in the working chamber 2 of the reactor is kept constant, since during the rotation of the reactor, the raw material precipitates from the cylinder. The feed in the reactor passes sequentially through a drying zone 5, a pyrolysis zone 6, an active oxidation / reduction zone 7 and a cooling zone 8.

Твердый остаток газификации - зола "R" - поступает из активной зоны окисления/восстановления 7 в зону охлаждения 8 с разгрузочным устройством, образуя слой 20 над насыпным буферным слоем 17 из твердых частиц 19 (например, шарообразной формы, одинаковых либо различного размера, из инертного износостойкого жаропрочного материала). При вращении реактора происходит взаимное перемещение частиц 19 элементами для разрыхления (перемешивания) - ребрами 24, штырями 25 и/или подобными, установленными на конусной поверхности (боковых гранях пирамиды) неподвижного (не вращающегося) регулировочного блока 4, вследствие чего зола просеивается через буферный слой и высыпается через отверстия в нижней (торцевой и/или боковой) части реактора в бункер для золы 9.The solid gasification residue - ash "R" - comes from the oxidation / reduction zone 7 to the cooling zone 8 with a discharge device, forming a layer 20 above the bulk buffer layer 17 of solid particles 19 (for example, spherical, the same or different size, from inert wear-resistant heat-resistant material). During the rotation of the reactor, there is a mutual movement of particles by 19 elements for loosening (mixing) - ribs 24, pins 25 and / or the like, mounted on the conical surface (side faces of the pyramid) of the fixed (non-rotating) adjustment block 4, as a result of which the ash is sieved through a buffer layer and pours out through openings in the lower (end and / or side) part of the reactor into the ash bin 9.

Воздух "А" подается в активную зону окисления/восстановления 7 реактора по его оси (центральное дутье), например, посредством вентилятора (воздуходувки) через центральный осевой канал 22 регулировочного блока 4. Вода "W" подается (под требуемым давлением) по входному трубопроводу 15 с обратным клапаном в резервуар 12 пояса пароводяной завесы, встроенного в пространство 11 внутри двойной боковой стенки реактора, состоящей из внешней стенки - кожуха 1 и внутренней стенки 10 рабочей камеры 2, и затем через напорно-переливные клапаны 18 из резервуара 12 в испарительные ячейки 13 пояса пароводяной завесы, образуемые радиальными стенками 14 в кольцевом пространстве между цилиндрической стенкой 26 и внутренней стенкой камеры 10, где нагревается и превращается в пар под воздействием теплового потока (излучения) из активной зоны окисления/восстановления 7 рабочей камеры 2. Возрастающее давление в каждой отдельной испарительной ячейке 13 вынуждает пар поступать через перфорированную/пористую внутреннюю стенку камеры 10 в активную зону окисления/восстановления 7, образуя там пристеночный теплоизолирующий слой перегретого пара и вступая в эндотермические реакции с углеродом раскаленного кокса: С+Н2О=СО+Н2 - 28380 ккал, С+2Н2О=СО2+2Н2 - 17970 ккал, в результате чего образуется «водяной» газ и понижается (ограничивается) температура в пристеночном слое и далее в активной зоне окисления/восстановления 7 в целом в процессе перемешивания сырья и распределения пара при вращении реактора. Высокая температура в активной зоне является необходимым условием обеспечения высокого качества газа, практически полное восстановление СО2 в СО обеспечивается при температуре не менее 950…1000°С /Г.Г. Токарев. Газогенераторные автомобили. Гос. науч.-тех. изд-во машиностр. лит., М., 1955, с. 23, 31/. В то же время для исключения шлакования необходимо ограничение максимальной температуры в активной зоне (температура начала плавления золы для биомассы около 1150°С). Подача (вдув) водяного пара в камеру 2 реактора регулируется автоматически термическим способом / Г.Г. Токарев. Газогенераторные автомобили. Гос. науч.-тех. изд-во машиностр. лит., М., 1955, с. 37/, когда количество пара, образующегося в каждой отдельной испарительной ячейке 13 и поступающего из нее в камеру 2 реактора, находится в прямой зависимости от интенсивности и степени нагрева (температуры) данной ячейки. Таким образом, для локального понижения/ограничения температуры стенок и пристеночной области внутри камеры в реакторе используются механизмы охлаждения (теплозащиты), аналогичные технологиям охлаждения жидкостных ракетных двигателей, где теплосъем осуществляется с помощью компонентов топлива/окислителя /"ГОСТ 17655-89. Двигатели ракетные жидкостные. Термины и определения"/:Air "A" is supplied to the reactor's oxidation / reduction zone 7 along its axis (central blast), for example, by means of a fan (blower) through the central axial channel 22 of the control unit 4. Water "W" is supplied (under the required pressure) through the inlet pipe 15 with a check valve into the tank 12 of the belt of the steam-water curtain, built into the space 11 inside the double side wall of the reactor, consisting of the outer wall - the casing 1 and the inner wall 10 of the working chamber 2, and then through the pressure relief valves 18 from the tank 12 into evaporation cells 13 of the belt of the steam-water curtain, formed by radial walls 14 in the annular space between the cylindrical wall 26 and the inner wall of the chamber 10, where it is heated and converted into steam under the influence of heat flux (radiation) from the active oxidation / reduction zone 7 of the working chamber 2. Increasing pressure in each individual evaporation cell 13, it forces steam to enter through the perforated / porous inner wall of the chamber 10 into the active zone of oxidation / reduction 7, forming a wall heat insulation there the heating layer of superheated steam and entering into endothermic reactions with carbon of hot coke: С + Н 2 О = СО + Н 2 - 28380 kcal, С + 2Н 2 О = СО 2 + 2Н 2 - 17970 kcal, resulting in the formation of "water" gas and the temperature decreases (limited) in the near-wall layer and then in the active zone of oxidation / reduction 7 as a whole during mixing of the raw materials and steam distribution during rotation of the reactor. High temperature in the core is a prerequisite for ensuring high gas quality; almost complete recovery of CO 2 in CO is ensured at a temperature of at least 950 ... 1000 ° С / Г.Г. Tokarev. Gas generating cars. Gos. scientific publishing house lit., M., 1955, p. 23, 31 /. At the same time, to eliminate slagging, it is necessary to limit the maximum temperature in the active zone (the temperature of the onset of ash melting for biomass is about 1150 ° C). The supply (injection) of water vapor into the chamber 2 of the reactor is automatically controlled thermally / G.G. Tokarev. Gas generating cars. Gos. scientific publishing house lit., M., 1955, p. 37 /, when the amount of steam generated in each individual evaporation cell 13 and entering from it into the reactor chamber 2 is directly dependent on the intensity and degree of heating (temperature) of the cell. Thus, in order to locally lower / limit the temperature of the walls and the wall region inside the chamber, the reactor uses cooling (heat protection) mechanisms similar to those of liquid-propellant rocket cooling technologies, where heat removal is carried out using fuel / oxidizer components / GOST 17655-89. Liquid-propellant rocket engines . Terms and Definitions"/:

- активное внутреннее транспирационное охлаждение посредством инжекции пара в активную зону 7 газификации через перфорированную (пористую) стенку 10 рабочей камеры 2;- active internal transpiration cooling by injection of steam into the active zone 7 of gasification through the perforated (porous) wall 10 of the working chamber 2;

- активное регенеративно-испарительное охлаждение посредством испарения воды в испарительных ячейках 13 и инжекции (вдува) пара внутрь рабочей камеры 2;- active regenerative-evaporative cooling by evaporation of water in the evaporation cells 13 and injection (injection) of steam into the working chamber 2;

- активное внутреннее завесное (паром) охлаждение/теплозащита стенки 10;- active internal curtain (steam) cooling / thermal protection of the wall 10;

- пассивное охлаждение посредством термохимического управления эндотермическими реакциями газификации в активной зоне 7 камеры 2 реактора.- passive cooling through thermochemical control of the endothermic gasification reactions in the active zone 7 of the chamber 2 of the reactor.

С выходом пара происходит падение давления в испарительных ячейках 13 пояса завесы и в них вновь поступает вода из резервуара 12. Поступление воды извне по трубопроводу 15 может регулироваться (в частности, ограничиваться) заданным весовым соотношением воды и загруженной в реактор топливной биомассы, соответствующим желательному режиму газификации и/или составу получаемого топливного газа.With the release of steam, a pressure drop occurs in the evaporation cells 13 of the curtain belt and they again receive water from the reservoir 12. The flow of water from the outside through the pipe 15 can be controlled (in particular, limited) by a predetermined weight ratio of water and the fuel biomass loaded into the reactor, corresponding to the desired mode gasification and / or composition of the resulting fuel gas.

Возможные отложения (нагар) на внутренней поверхности стенки 10 в активной зоне реактора могут заглушать перфорацию в отдельных ячейках 13, однако возникающее локальное повышение температуры ускоряет процесс газификации, устраняя отложения, а временное повышение давления пара в этих ячейках способствует его прохождению внутрь камеры.Possible deposits (deposits) on the inner surface of the wall 10 in the reactor core can drown out the perforations in individual cells 13, however, the local temperature increase accelerates the gasification process, eliminating deposits, and a temporary increase in steam pressure in these cells contributes to its passage into the chamber.

Топливный газ "G" отбирают в верхней части реактора и направляют для дальнейшего использования, которое может включать сжигание его в энергетическом устройстве.Fuel gas "G" is taken at the top of the reactor and sent for further use, which may include burning it in an energy device.

Стабилизация положения (постоянного положения) активной зоны 7 с поддержанием в ней (в центре, в пристеночной области) температуры, требуемой для газификации сырья, достигается регулированием (подстройкой) управляющих параметров (скорости вращения Vвp, скорости воздушного дутья VA) реактора-газификатора посредством механизма термостатирования регулировочного блока 4 с отрицательной обратной связью. В зависимости от температуры нагрева в зоне охлаждения 8 камеры реактора (в регулировочном блоке 4), а именно при достижении (превышении/снижении) установленного порога температуры воды Tw в резервуаре 21 скорость вращения ступенчато (либо плавно) изменяется (снижается/повышается), скорость воздушного дутья также может ступенчато (либо плавно) изменяться (снижаться/повышаться) в установленном диапазоне.The stabilization of the position (constant position) of the active zone 7 with maintaining in it (in the center, in the near-wall region) the temperature required for gasification of the raw material is achieved by regulating (adjusting) the control parameters (rotation speed Vвп, air blast speed V A ) of the gasification reactor by thermostatic control mechanism of the control unit 4 with negative feedback. Depending on the heating temperature in the cooling zone 8 of the reactor chamber (in the control unit 4), namely, upon reaching (exceeding / decreasing) the established water temperature threshold T w in the tank 21, the rotation speed stepwise (or smoothly) changes (decreases / increases), the speed of air blasting can also stepwise (or smoothly) change (decrease / increase) in the specified range.

Так, при падении температуры воды Tw в резервуаре 21 до T1, контроллер рабочих параметров реактора (система управления на схеме не приведена), получив сигнал с датчика температуры, повышает скорость вращения реактора до Vmax (вариант ступенчатой регулировки показан на фиг. 9, переход 1-1' циклограммы), что приводит к увеличению скорости разгрузки золы и соответствующему уменьшению толщины слоя золы 20, сдвижке активной зоны 7 вниз и усилению нагрева воды в резервуаре 21.So, when the temperature of the water T w in the tank 21 drops to T 1 , the controller of the operating parameters of the reactor (the control system is not shown in the diagram), having received a signal from the temperature sensor, increases the speed of the reactor to V max (a variant of stepwise adjustment is shown in Fig. 9 , transition 1-1 'of the cyclogram), which leads to an increase in the speed of unloading of ash and a corresponding decrease in the thickness of the layer of ash 20, a shift of the active zone 7 down and increased heating of water in the tank 21.

При этом, если после этого температура воды Tw уменьшится до критического значения Tmin (точка 3), контроллер переключает (увеличивает) скорость воздушного дутья на установленную величину (переход 5-5'), что приводит к повышению температуры в активной зоне окисления/восстановления 7 за счет ускорения процессов окисления. В результате температура воды Tw растет и при достижении величины Т2 осуществляется переключение (уменьшение до Vmin) скорости вращения реактора (переход 2-2'). Это приводит к уменьшению скорости разгрузки золы и соответствующему увеличению толщины слоя золы 20, сдвижке активной зоны окисления/восстановления 7 вверх и уменьшению нагрева воды в резервуаре 21.Moreover, if after that the water temperature T w decreases to a critical value T min (point 3), the controller switches (increases) the air blast speed by a set value (transition 5-5 '), which leads to an increase in temperature in the active oxidation zone / recovery 7 due to the acceleration of oxidation processes. As a result, the water temperature T w rises and upon reaching the value of T 2 , the reactor rotates (decreases to V min ) (rotation 2-2 '). This leads to a decrease in the rate of unloading of the ash and a corresponding increase in the thickness of the layer of ash 20, the shift of the active zone of oxidation / reduction 7 upward and a decrease in the heating of water in the tank 21.

Причем, если после этого температура воды Tw продолжит расти и достигнет критического значения Tmax (точка 4), контроллер переключает (уменьшает) скорость воздушного дутья на установленную величину (переход 6-6'), что приводит к повышению температуры в активной зоне окисления/восстановления 7 за счет ускорения процессов окисления. Для ускорения переходных процессов и исключения возможного перегрева элементов разгрузочного устройства, а также снижения тепловых потерь, Tmax должна быть близка, но не превышать 100°С. В этом случае инерционность нагрева приведет к парообразованию в резервуаре 21 и включению механизма испарительного охлаждения корпуса регулировочного блока 4.Moreover, if after that the water temperature T w continues to increase and reaches a critical value of T max (point 4), the controller switches (decreases) the air blast speed by a set value (transition 6-6 '), which leads to an increase in temperature in the active zone of oxidation / recovery 7 due to the acceleration of oxidation processes. To accelerate transient processes and eliminate possible overheating of the elements of the unloading device, as well as reduce heat loss, T max should be close, but not exceed 100 ° C. In this case, the inertia of the heating will lead to vaporization in the tank 21 and the inclusion of the evaporative cooling mechanism of the housing of the control unit 4.

При кипении воды пар поступает через отверстия 23 в центральный канал 22 для воздушного дутья и вместе с воздухом проходит в активную зону окисления/восстановления 7, где вступает в эндотермические реакции с углеродом, что приводит к быстрому локальному снижению температуры, при этом расход воды восполняется через входной трубопровод 15.When water boils, steam enters through openings 23 into the central channel 22 for air blasting and, together with air, passes into the active oxidation / reduction zone 7, where it enters into endothermic reactions with carbon, which leads to a rapid local decrease in temperature, while the water flow is replenished through inlet pipe 15.

В результате температура воды в резервуаре 21 падает и при достижении величины Ti осуществляется переключение (увеличение до Vmax) скорости вращения реактора (переход 1-1'), и таким образом цикл регулировки замыкается, обеспечивая стабилизацию положения активной зоны и требуемой температуры в активной зоне. Подстройка управляющих параметров газификации (Vвр, VA) может быть осуществлена посредством иных вариантов регулирования, например, на основе сложного многошагового цикла (полицикла) ступенчатого (дискретного) регулирования (фиг. 10) с промежуточными точками переключения - повышения (точки 1) и понижения (точки 2) или плавного (непрерывного) регулирования (фиг. 11).As a result, the temperature of the water in the tank 21 drops and, upon reaching the Ti value, the reactor rotation speed (increase to V max ) is switched (transition 1-1 '), and thus the adjustment cycle closes, ensuring stabilization of the core position and the required temperature in the core . Adjustment of the control parameters of gasification (V BP , V A ) can be carried out by other control options, for example, on the basis of a complex multi-step cycle (polycycle) of step (discrete) control (Fig. 10) with intermediate switching points - increase (point 1) and lowering (point 2) or smooth (continuous) regulation (Fig. 11).

Для обоснования эффективности предлагаемых технических решений примем следующие исходные данные:To justify the effectiveness of the proposed technical solutions, we take the following initial data:

1) Насыпная плотность (BD)Y сырья - топливной биомассы - в пересчете на сухое вещество, кг/м3:1) Bulk density (BD) Y of raw materials - fuel biomass - in terms of dry matter, kg / m 3 :

- слабоуплотненная биомасса- low density biomass 100one hundred - нерафинированная (типовая) биомасса- unrefined (typical) biomass 300300 - рафинированное сырье - биотопливо (пеллеты, брикеты)- refined raw materials - biofuel (pellets, briquettes) 650650

2) Температура плавления золы, °С, не менее 11502) Ash melting temperature, ° С, not less than 1150

3) Тип процесса газификации: прямой с паровоздушным дутьем, без шлакообразования3) Type of gasification process: direct with steam-air blasting, without slag formation

4) Форма реактора - цилиндрическая, внутренний диаметр рабочей камеры D, длина L4) The shape of the reactor is cylindrical, the inner diameter of the working chamber D, length L

5) Физические параметры теплоносителя (воды):5) Physical parameters of the heat carrier (water):

удельная теплоемкость воды Cw, Дж/кгКspecific heat of water C w , J / kgK 4187,2 (станд.усл.), 4 227,3 (95°С)4187.2 (std), 4 227.3 (95 ° C) удельная теплота парообразования Спо, кДж/кгlatent heat of vaporization of C, kJ / kg 22502250 удельная теплоемкость водяного пара Свп, Дж/кгКspecific heat capacity of water vapor C vp , J / kgK 25102510

6) Температурные параметры (в установившемся режиме),°С:6) Temperature parameters (in steady state), ° С:

- максимальная температура в центральной части активной зоны Твн - maximum temperature in the central part of the active zone T int 11501150 - средняя температура в периферийной- the average temperature in the peripheral части (в пристеночном слое) активной зоныparts (in the parietal layer) of the active zone (с учетом эндотермических реакций) Тпс (taking into account endothermic reactions) T ps 900…1100900 ... 1100 - температура воды на входе в резервуар (станд. усл.) Тж - water temperature at the inlet to the tank (standard condition.) T W 20twenty - температура пара при поступлении в камеру Тп - the temperature of the steam when it enters the chamber T p 150150 - температура перегрева пара в рабочей камере- temperature of superheating of steam in the working chamber (до завершения реакций) Тпп (until completion of the reactions) T pp 500500

Основные допущения:Key Assumptions:

1) Тепловой поток на внутреннюю стенку камеры определяется лучистым теплообменом по следующим основаниям.1) The heat flux to the inner wall of the chamber is determined by radiant heat exchange for the following reasons.

Во-первых, механизм теплопередачи способом теплопроводности (при непосредственном соприкосновении раскаленного топлива со стенками в активной зоне) в основном практически блокируется паровой завесой у стенок, а также перманентным процессом сажеобразования на внутренней охлаждаемой поверхности камеры реактора (обратная реакция Белла-Будуара 2СО→СО2+С+38790 ккал).Firstly, the heat transfer mechanism by the method of heat conduction (when the hot fuel is in direct contact with the walls in the core) is basically blocked by the steam curtain at the walls, as well as by the permanent process of soot formation on the inner cooled surface of the reactor chamber (the Bell-Boudoir reaction 2CO → СО 2 + C + 38790 kcal).

Во-вторых, механизм конвективного теплообмена при восходящем движении генерируемого горячего топливного газа также не способствует нагреву стенок ввиду превалирования твердой фазы в камере реактора и наличия паровой завесы у стенок активной зоны в совокупности с центральным воздушным дутьем (локализация высокотемпературной зоны по оси цилиндрической камеры).Secondly, the convective heat transfer mechanism during the upward movement of the generated hot fuel gas also does not contribute to wall heating due to the predominance of the solid phase in the reactor chamber and the presence of a vapor curtain at the walls of the active zone in conjunction with central air blasting (localization of the high temperature zone along the axis of the cylindrical chamber).

2) Требуемое время протекания основных восстановительных реакций газификации (эмпирические оценки, см. Г.Г.Токарев. Газогенераторные автомобили. Гос. науч.-тех. изд-во машиностр. лит., М., 1955, с. 22-24) представлено в таблице 1.2) The required time for the main recovery reactions of gasification (empirical estimates, see G. G. Tokarev. Gas-generating cars. State Scientific and Technical Publishing House of Machine-Building Literature, Moscow, 1955, pp. 22-24) presented in table 1.

Figure 00000001
Figure 00000001

Расчет теплового балансаHeat balance calculation

Коэффициент лучистого теплообмена в камере реактора (согласно закону Стефана-Больцмана):Radiant heat transfer coefficient in the reactor chamber (according to the Stefan-Boltzmann law):

Figure 00000002
Figure 00000002

где ε - степень черноты внутренней поверхности стенки камеры,where ε is the degree of blackness of the inner surface of the chamber wall,

Figure 00000003
- коэффициент излучения.
Figure 00000003
- emissivity.

Удельный тепловой поток на стенку реактора:Specific heat flux to the wall of the reactor:

Figure 00000004
,
Figure 00000004
,

Примечание - Температурные параметры - в градусах К.Note - Temperature parameters - in degrees K.

Указанный тепловой поток должен быть компенсирован (регенерирован) посредством механизма испарительно-регенеративного транспирационного (перфорационного) охлаждения.The specified heat flux must be compensated (regenerated) by means of the evaporative-regenerative transpiration (perforation) cooling mechanism.

Тепловой поток лучистого теплообмена может быть определен какThe heat flux of radiant heat transfer can be defined as

Figure 00000005
,
Figure 00000005
,

где qn определяется в соответствии с п. 7.1, а площадь S нагреваемой внутренней поверхности стенки рассчитывается как S=π⋅D⋅La, где D - внутренний диаметр цилиндрической камеры реактора, La=ka⋅D - высота активной (охлаждаемой) зоны.where qn is determined in accordance with clause 7.1, and the area S of the heated inner wall surface is calculated as S = π⋅D⋅La, where D is the inner diameter of the cylindrical chamber of the reactor, La = ka⋅D is the height of the active (cooled) zone.

Тепловой поток, который может быть компенсирован, определяется какThe heat flux that can be compensated is defined as

Figure 00000006
,
Figure 00000006
,

где

Figure 00000007
- скорость поступления (кг/ч) пара в камеру, определяемая из соотношения воды и биотоплива
Figure 00000008
- производительность реактора по сухому сырью, кг/ч; Kw - доля воды,
Figure 00000009
).Where
Figure 00000007
- the rate of entry (kg / h) of steam into the chamber, determined from the ratio of water and biofuel
Figure 00000008
- reactor productivity in dry raw materials, kg / h; Kw is the proportion of water
Figure 00000009
)

Производительность реактора G определяется какThe performance of the reactor G is defined as

Figure 00000010
,
Figure 00000010
,

где объем активной зоны камеры реактора

Figure 00000011
, a
Figure 00000012
- время пребывания сырья в активной зоне (в минутах) определяется временем, необходимым для завершения реакций газификации (см. табл. 1).where is the volume of the reactor core
Figure 00000011
, a
Figure 00000012
- the residence time of the raw materials in the core (in minutes) is determined by the time required to complete the gasification reactions (see table. 1).

Необходимым условием эффективной работы предлагаемого реактора-газификатора является выполнение соотношения Qw≥Qn.A prerequisite for the effective operation of the proposed gasification reactor is the fulfillment of the ratio Qw≥Qn.

Подставляя полученные выше выражения для Qл и Qw и численные значения физических параметров окончательно получаем:Substituting the expressions obtained above for Ql and Qw and the numerical values of the physical parameters, we finally obtain:

Figure 00000013
Figure 00000013

Оптимальному весовому соотношению воды и биотоплива (топливной биомассы) в реальном процессе газификации соответствует значение Kw=0,4…0,5 /Г.Г. Токарев. Газогенераторные автомобили. Гос. науч.-тех. изд-во машиностр. лит., М., 1955, с. 35-38/, поэтому, принимая Kw=0,4 без учета отражательной способности внутренней поверхности стенки камеры при лучистом теплообмене (ε=1), получим зависимости минимального внутреннего диаметра камеры реактора D от параметров процесса газификации, представленные на фиг. 12.The optimal weight ratio of water and biofuel (fuel biomass) in the real gasification process corresponds to the value Kw = 0.4 ... 0.5 / G.G. Tokarev. Gas generating cars. Gos. scientific publishing house lit., M., 1955, p. 35-38 /, therefore, assuming Kw = 0.4 without taking into account the reflectivity of the inner surface of the chamber wall during radiant heat transfer (ε = 1), we obtain the dependences of the minimum internal diameter of the reactor chamber D on the parameters of the gasification process shown in FIG. 12.

Анализ зависимостей позволяет сделать следующие выводы относительно эффективности предлагаемых технических решений:The analysis of dependencies allows us to draw the following conclusions regarding the effectiveness of the proposed technical solutions:

1. Существует область значений рабочих параметров предлагаемого реактора, в которой возможна эффективная его работа с компенсацией теплового потока

Figure 00000014
на стенки камеры реактора
Figure 00000015
.1. There is a range of operating parameters of the proposed reactor, in which its effective operation with compensation of heat flux is possible.
Figure 00000014
on the walls of the reactor chamber
Figure 00000015
.

2. При использовании сырья с достаточно высокой (выше средних значений) насыпной плотностью с

Figure 00000016
, в том числе рафинированного сырья (гранулы и т.п.), реакторы, реализующие предлагаемый способ газификации, могут быть наиболее компактными (D≤40 см).2. When using raw materials with a sufficiently high (above average) bulk density with
Figure 00000016
, including refined raw materials (granules, etc.), reactors that implement the proposed method of gasification can be the most compact (D≤40 cm).

3. В других условиях/режимах (в частности, для переработки слабо уплотненного сырья

Figure 00000017
, требуемая компактность установок может быть достигнута посредством применения материалов для внутренней поверхности стенки камеры с повышенной отражательной способностью при лучистом теплообмене (ε<1). Так, для жаростойких сталей и сплавов (10Х23Н18, ХН32Т, ХН60Ю, ХН78Г и др.) степень черноты ε=0,5…0,6, полированные поверхности стали и сплавов (титана, алюминия) позволяют получить значительно лучшие характеристики, для полированного титана ε=0,2, для полированного алюминия ε=0,04…0,06 /М.А. Михеев, И.М. Михеева. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1977/.3. In other conditions / modes (in particular, for processing poorly compacted raw materials
Figure 00000017
, the required compactness of the installations can be achieved by using materials for the inner surface of the chamber wall with high reflectivity during radiant heat transfer (ε <1). So, for heat-resistant steels and alloys (10X23H18, KhN32T, KhN60Yu, KhN78G, etc.) the degree of blackness ε = 0.5 ... 0.6, the polished surfaces of steel and alloys (titanium, aluminum) allow to obtain significantly better characteristics for polished titanium ε = 0.2, for polished aluminum ε = 0.04 ... 0.06 / M.A. Mikheev, I.M. Mikheeva. The basics of heat transfer. M .: Energy, 1977 /.

4. Поддержание высокой температуры в активной зоне (не менее 1000°С), в том числе в периферическом (пристеночном) слое, посредством ограничения подачи воды на уровне заданного соотношения также способствует улучшению характеристик компактности реактора и повышению производительности реактора и качества газа.4. Maintaining a high temperature in the core (at least 1000 ° C), including in the peripheral (near-wall) layer, by limiting the water supply at a predetermined ratio also helps to improve the compactness of the reactor and increase the productivity of the reactor and gas quality.

Claims (7)

1. Способ газификации топливной биомассы в плотном слое, перемещающемся вдоль оси цилиндрического реактора, установленного под углом к горизонту в пределах от 22 до 65° и вращающегося вокруг своей оси, включающий загрузку в реактор топливной биомассы, в качестве которой используют твердое измельченное биотопливо, подачу в реактор воздуха в качестве газифицирующего агента со стороны реактора, где происходит накопление твердых остатков газификации, перемещение загруженной топливной биомассы вдоль оси реактора, вывод твердых остатков газификации из реактора, вывод из реактора продуктов сушки, пиролиза и окисления/восстановления в виде горючего топливного газа, подачу воды в реактор, при этом газификацию проводят посредством последовательного пребывания топливной биомассы в зоне нагревания и сушки, зоне пиролиза, активной зоне окисления/восстановления и зоне охлаждения, а газовый поток, формируемый подачей газифицирующего агента, проходит последовательно зону охлаждения, активную зону окисления/восстановления, зону пиролиза и зону нагревания и сушки, причем конечный продукт газификации - горючий топливный газ - фильтруют через слой загруженной топливной биомассы, отличающийся тем, что подачу воды в реактор осуществляют в активную зону окисления/восстановления в виде пара, образование которого происходит в испарительных полостях пояса пароводяной завесы, непосредственно примыкающих к внутренней стенке рабочей камеры реактора, за счет теплового потока из активной зоны окисления/восстановления, при этом осуществляют инжекцию перегретого пара в активную зону окисления/восстановления сквозь перфорированную либо пористую внутреннюю стенку рабочей камеры реактора распределенно по периметру и по длине активной зоны окисления/восстановления, обеспечивая теплозащиту внутренней стенки рабочей камеры реактора с локализацией высокотемпературной зоны в центре активной зоны окисления/восстановления, при этом положение активной зоны окисления/восстановления и температуру в ней стабилизируют посредством регулирования управляющих параметров газификации - скорости вращения реактора и скорости воздушного дутья в обратной зависимости от температуры воды, аккумулированной в резервуаре, размещаемом в разгрузочном устройстве в зоне охлаждения, с инжекцией пара, образующегося при достижении температуры кипения, вместе с центральным воздушным дутьем в активную зону окисления/восстановления.1. The method of gasification of fuel biomass in a dense layer, moving along the axis of a cylindrical reactor, installed at an angle to the horizon in the range from 22 to 65 ° and rotating around its axis, comprising loading into the reactor fuel biomass, which is used as a solid crushed biofuel, feed to the air reactor as a gasification agent from the side of the reactor, where the accumulation of solid gasification residues, the movement of the loaded biomass fuel along the axis of the reactor, the removal of solid gas residues ikation from the reactor, removal of drying, pyrolysis and oxidation / reduction products from the reactor in the form of combustible fuel gas, water supply to the reactor, gasification being carried out by sequentially storing fuel biomass in the heating and drying zone, the pyrolysis zone, the oxidation / reduction active zone and cooling zone, and the gas stream formed by the supply of a gasifying agent passes through the cooling zone, the active oxidation / reduction zone, the pyrolysis zone and the heating and drying zone, and the final pr the gasification duct — combustible fuel gas — is filtered through a layer of loaded fuel biomass, characterized in that the water is supplied to the reactor in the active oxidation / reduction zone in the form of steam, the formation of which occurs in the evaporation cavities of the belt of the steam-curtain, directly adjacent to the inner wall of the working chamber reactor, due to the heat flux from the active oxidation / reduction zone, while superheated steam is injected into the active oxidation / reduction zone through the perforations this or porous inner wall of the working chamber of the reactor is distributed around the perimeter and along the length of the active zone of oxidation / reduction, providing thermal protection of the inner wall of the working chamber of the reactor with localization of the high-temperature zone in the center of the active zone of oxidation / reduction, while the position of the active zone of oxidation / reduction and temperature in stabilize it by adjusting the control parameters of gasification - the speed of the reactor and the speed of air blast inversely with perature water accumulated in the reservoir, located in the discharge device in the cooling zone, the injection of steam produced when reaching the boiling point, together with the central air blast into an active oxidation / reduction zone. 2. Способ газификации топливной биомассы по п. 1, отличающийся тем, что удаление твердых остатков газификации - золы - осуществляют их размельчением и просеиванием через насыпной буферный слой из твердых частиц шарообразной формы, принудительно разрыхляемый и перемешиваемый в процессе вращения реактора.2. The method of gasification of fuel biomass according to claim 1, characterized in that the removal of solid gasification residues - ash - is carried out by grinding and sifting through a bulk buffer layer of spherical solid particles, forcibly loosened and stirred during rotation of the reactor. 3. Устройство для газификации топливной биомассы в виде твердого измельченного биотоплива в плотном слое, включающее загрузочное устройство, установленный под углом к горизонту в пределах от 22 до 65° цилиндрический реактор, выполненный с возможностью вращения вокруг своей оси, разгрузочное устройство, устройство подачи газифицирующего агента - воздуха в нижнюю часть реактора, привод вращения реактора, уплотнения, обеспечивающие герметичность реактора при вращении, датчики температуры в реакторе, отличающееся тем, что реактор оснащен поясом пароводяной завесы, встроенным в пространство внутри двойной боковой стенки реактора, состоящей из внешней стенки - кожуха и внутренней стенки рабочей камеры, причем пояс пароводяной завесы включает в себя кольцевой резервуар для воды, подающейся извне под давлением через обратный клапан, и соединенные с ним через напорно-переливные клапаны испарительные полости, образующие ячеистую сотовую структуру на внутренней стенке рабочей камеры, которая перфорирована либо имеет пористую структуру по длине активной зоны окисления/восстановления реактора для обеспечения прохождения пара из испарительных полостей в пристеночную область рабочей камеры реактора, а в разгрузочное устройство введен регулировочный блок, корпус которого выполнен в виде усеченного конуса или усеченной пирамиды и оснащен резервуаром для воды и сквозным центральным осевым каналом для воздушного дутья, соединенными отверстиями для инжекции пара из резервуара, при этом резервуар регулировочного блока имеет входной трубопровод для восполнения расхода воды извне.3. A device for the gasification of fuel biomass in the form of solid crushed biofuel in a dense layer, including a loading device, a cylindrical reactor mounted at an angle to the horizon from 22 to 65 °, rotatable around its axis, a discharge device, a gasifier supply device - air to the lower part of the reactor, the drive rotation of the reactor, seals, ensuring the tightness of the reactor during rotation, temperature sensors in the reactor, characterized in that the reactor is equipped with catfish of a steam-water curtain integrated into the space inside the double side wall of the reactor, consisting of an outer wall — a casing and an inner wall of the working chamber, the belt of the steam-water curtain comprising an annular tank for water, which is supplied externally under pressure through a non-return valve, and connected to it through pressure and overflow valves evaporation cavities forming a cellular honeycomb structure on the inner wall of the working chamber, which is perforated or has a porous structure along the length of the oxidation active zone / rebuilt reactor to ensure the passage of steam from the evaporation cavities into the wall region of the working chamber of the reactor, and an adjustment unit is introduced into the discharge device, the casing of which is made in the form of a truncated cone or a truncated pyramid and equipped with a water tank and a through central axial channel for air blasting, connected for steam injection from the tank, while the tank of the control unit has an inlet pipe to replenish the flow of water from the outside. 4. Устройство для газификации топливной биомассы по п. 3, отличающееся тем, что на внешней боковой поверхности/боковых гранях корпуса регулировочного блока и/или на внутренней боковой стенке реактора в зоне охлаждения установлены элементы - ребра, скобы, штыри для разрыхления и перемешивания прилегающего слоя твердых остатков газификации - золы при вращении реактора относительно неподвижного регулировочного блока.4. The device for gasification of fuel biomass according to claim 3, characterized in that on the outer side surface / side faces of the control unit body and / or on the inner side wall of the reactor in the cooling zone there are installed elements - ribs, staples, pins for loosening and mixing adjacent a layer of solid gasification residues - ash during rotation of the reactor relative to the stationary control unit. 5. Устройство для газификации топливной биомассы по п. 3, отличающееся тем, что часть зоны охлаждения реактора заполнена частицами шарообразной формы из твердого износостойкого инертного жаропрочного материала, образуя прилегающий к регулировочному блоку буферный слой, принудительно разрыхляемый и перемешиваемый при вращении реактора для размельчения и просеивания твердых остатков газификации - золы перед их удалением через разгрузочное устройство.5. The device for gasification of fuel biomass according to claim 3, characterized in that the part of the reactor cooling zone is filled with spherical particles from a solid wear-resistant inert heat-resistant material, forming a buffer layer adjacent to the control unit, forcibly loosened and stirred during rotation of the reactor for grinding and sieving solid gasification residues - ash before disposal through an unloading device. 6. Устройство для газификации топливной биомассы по п. 3, отличающееся тем, что резервуар регулировочного блока оснащен датчиком температуры, выход которого связан с системой управления для регулирования параметров реактора - скорости вращения реактора и скорости воздушного дутья для стабилизации положения активной зоны окисления/восстановления и температуры в ней.6. The device for gasification of fuel biomass according to claim 3, characterized in that the reservoir of the control unit is equipped with a temperature sensor, the output of which is connected to a control system for regulating the parameters of the reactor - the speed of the reactor and air blast speed to stabilize the position of the oxidation / reduction active zone and temperature in it. 7. Устройство для газификации топливной биомассы по пп. 3-6, отличающееся тем, что используют маятниковый режим вращения реактора со сменой направления вращения реактора на противоположное после поворота на определенный угол, например на 180°.7. Device for gasification of fuel biomass according to paragraphs. 3-6, characterized in that they use the pendulum mode of rotation of the reactor with a change in the direction of rotation of the reactor to the opposite after rotation by a certain angle, for example 180 °.
RU2015156392A 2015-12-28 2015-12-28 Method of gasifying fuel biomass and device for its implementation RU2631812C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015156392A RU2631812C2 (en) 2015-12-28 2015-12-28 Method of gasifying fuel biomass and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015156392A RU2631812C2 (en) 2015-12-28 2015-12-28 Method of gasifying fuel biomass and device for its implementation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015156392A RU2015156392A (en) 2017-07-03
RU2631812C2 true RU2631812C2 (en) 2017-09-26

Family

ID=59309483

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015156392A RU2631812C2 (en) 2015-12-28 2015-12-28 Method of gasifying fuel biomass and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2631812C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2797095C1 (en) * 2022-12-23 2023-05-31 Общество с ограниченной ответственностью "Малое Инновационное предприятие Губкинского Университета "ГУБКИН-ИННОВАЦИИ" Carbon waste recycling device using induction heating

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2662440C1 (en) * 2017-09-25 2018-07-26 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (ФГУП "ЦЭНКИ") Method of gasification of solid fuel and device for its implementation

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3990865A (en) * 1974-10-21 1976-11-09 Allis-Chalmers Corporation Process for coal gasification utilizing a rotary kiln
RU2065219C1 (en) * 1992-03-26 1996-08-10 Институт проблем энергетики Академии наук Беларуси Gas generator for recovery of combustible radioactive waste
RU2322641C2 (en) * 2006-05-02 2008-04-20 Некоммерческая организация Учреждение Институт проблем химической физики Российской академии наук (статус государственного учреждения (ИПХФ РАН) Method and device for processing condensed fuel
RU2347139C1 (en) * 2007-07-02 2009-02-20 Общество с ограниченной ответственностью "Интеллект-ресурс" (ООО "Интеллект-ресурс") Method of condensed fuel gasification and device for its implementation
RU2376527C2 (en) * 2007-12-19 2009-12-20 Некоммерческая организация Учреждение Институт проблем химической физики Российской академии наук (статус государственного учреждения (ИПХФ РАН) Condensed fuel processing method and device for its implementation

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3990865A (en) * 1974-10-21 1976-11-09 Allis-Chalmers Corporation Process for coal gasification utilizing a rotary kiln
RU2065219C1 (en) * 1992-03-26 1996-08-10 Институт проблем энергетики Академии наук Беларуси Gas generator for recovery of combustible radioactive waste
RU2322641C2 (en) * 2006-05-02 2008-04-20 Некоммерческая организация Учреждение Институт проблем химической физики Российской академии наук (статус государственного учреждения (ИПХФ РАН) Method and device for processing condensed fuel
RU2347139C1 (en) * 2007-07-02 2009-02-20 Общество с ограниченной ответственностью "Интеллект-ресурс" (ООО "Интеллект-ресурс") Method of condensed fuel gasification and device for its implementation
RU2376527C2 (en) * 2007-12-19 2009-12-20 Некоммерческая организация Учреждение Институт проблем химической физики Российской академии наук (статус государственного учреждения (ИПХФ РАН) Condensed fuel processing method and device for its implementation

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2797095C1 (en) * 2022-12-23 2023-05-31 Общество с ограниченной ответственностью "Малое Инновационное предприятие Губкинского Университета "ГУБКИН-ИННОВАЦИИ" Carbon waste recycling device using induction heating

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015156392A (en) 2017-07-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8480766B2 (en) Gasification equipment
CA2501841C (en) Carbonization and gasification of biomass and power generation system
JP4264525B2 (en) Method for gasifying organic substances and substance mixtures
US10618088B2 (en) Pyrolytic furnace, water gas generation system, and combustion gas supply method for water gas generation system
CN105135437A (en) Household garbage lack oxygen gasification and combustion integration type tri-treatment (reduction, harmless treatment and resourceful treatment) processing device and method
CN105858650B (en) Utilize the method for waste and old activated carbon manufacture desulphurization denitration activated carbon
EP3030838B1 (en) Apparatus for generating energy by gasification
RU2663144C1 (en) Method of gasification of solid fuel and device for its implementation
RU2662440C1 (en) Method of gasification of solid fuel and device for its implementation
RU2668447C1 (en) Method of gasification of solid fuel and device for its implementation
RU2631808C2 (en) Method of gasifying fuel biomass and device for its implementation
JP2006169309A (en) Gasification method and apparatus of organic material
CN101230281A (en) Solid biomass semi-water coal-gas producer
RU2631811C2 (en) Method of gasifying fuel biomass and device for its implementation
CN102746902B (en) Gasification method of organic wastes and special gasification furnace
CN104593083A (en) Novel biomass step-by-step gasification method and device
CN101050859B (en) Method and device for gasifying and burning domestic garbage
CN101880550B (en) High-temperature solid fuel gasification device
RU2631812C2 (en) Method of gasifying fuel biomass and device for its implementation
RU2347139C1 (en) Method of condensed fuel gasification and device for its implementation
CN103534021A (en) Cyclone reactor and method for producing usuable by-products using cyclone reactor
RU2615690C1 (en) Plant for hot gas production from carbonaceous material
CN204417437U (en) A kind of novel biomass substep gasification installation
RU2566783C2 (en) Device for carbonaceous feed gasification
CN201180123Y (en) Semiwater gas generating stove for solid biomass

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20200826