RU2697912C1 - Method of producing generator gas from solid municipal and organic wastes and a combined gas generator of an inverted gasification process for its implementation - Google Patents
Method of producing generator gas from solid municipal and organic wastes and a combined gas generator of an inverted gasification process for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2697912C1 RU2697912C1 RU2018140373A RU2018140373A RU2697912C1 RU 2697912 C1 RU2697912 C1 RU 2697912C1 RU 2018140373 A RU2018140373 A RU 2018140373A RU 2018140373 A RU2018140373 A RU 2018140373A RU 2697912 C1 RU2697912 C1 RU 2697912C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- gasification
- reactor
- zone
- air
- Prior art date
Links
- 238000002309 gasification Methods 0.000 title claims abstract description 67
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 50
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 134
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 46
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 28
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims abstract description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 6
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims abstract description 6
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 239000004071 soot Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims abstract 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 9
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000004604 Blowing Agent Substances 0.000 claims description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 2
- 235000017281 sodium acetate Nutrition 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 abstract description 2
- 210000003739 neck Anatomy 0.000 abstract 5
- 235000013877 carbamide Nutrition 0.000 abstract 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000003134 recirculating effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 9
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 9
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 150000003464 sulfur compounds Chemical class 0.000 description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 239000010828 animal waste Substances 0.000 description 2
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002013 dioxins Chemical group 0.000 description 2
- 150000002240 furans Chemical class 0.000 description 2
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 239000003415 peat Substances 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 2
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- OGBQILNBLMPPDP-UHFFFAOYSA-N 2,3,4,7,8-Pentachlorodibenzofuran Chemical compound O1C2=C(Cl)C(Cl)=C(Cl)C=C2C2=C1C=C(Cl)C(Cl)=C2 OGBQILNBLMPPDP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002154 agricultural waste Substances 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 239000005539 carbonized material Substances 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002274 desiccant Substances 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000010813 municipal solid waste Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 1
- 150000002989 phenols Chemical class 0.000 description 1
- 239000010908 plant waste Substances 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002916 wood waste Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23B—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
- F23B90/00—Combustion methods not related to a particular type of apparatus
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
- F23G5/02—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment
- F23G5/027—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment pyrolising or gasifying stage
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/12—Heat utilisation in combustion or incineration of waste
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Description
Группа изобретений относится к области горения и газификации твердых коммунальных и органических отходов и предназначена для получения силового генераторного газа в области производства электрической и тепловой энергии.The group of inventions relates to the field of combustion and gasification of solid municipal and organic waste and is intended to produce power generator gas in the field of production of electric and thermal energy.
В качестве основного топлива могут быть использованы брикеты как из предварительно сепарированных коммунальных отходов (ТКО), так и брикеты, полученные из высоковлажных отходов животноводства и сельского хозяйства, местных низкосортных топлив, таких как, торф, биомасса и пр.Briquettes from pre-separated municipal waste (MSW), as well as briquettes obtained from high-moisture animal and agricultural waste, local low-grade fuels such as peat, biomass, etc., can be used as the main fuel.
Газификация прямого процесса в плотном слое является исторически наиболее ранним и, к настоящему времени, наиболее отработанным практически на всех видах твердого топлива, включая различного рода отходы и биомассу, и надежным методом. Однако, существует серьезная проблема использования газогенераторов этого типа - это наличие в составе газа большого количества продуктов пиролиза органического топлива в виде различного рода смол, фенолов, аммиака и других загрязняющих веществ, препятствующих прямому использованию газа. Кроме того, наличие в газифицируемом топливе различного рода пластических масс, полиэтилена, ПЭТ-емкостей и одноразовой посуды приводит к значительному усложнению ведения процесса газификации в зоне высоких температур. Кроме того, дополнительные трудности составляют появление в генераторном газе вредных и сильно ядовитых органических загрязнителей, в первую очередь, полихлорированных дибензодиоксинов и фуранов (ПХДД/ПХДФ). Очистка газа от этих вредных примесей требует значительных затрат и является серьезной экологической проблемой.Gasification of a direct process in a dense layer is historically the earliest and, to date, the most exhausted on virtually all types of solid fuel, including various kinds of waste and biomass, and a reliable method. However, there is a serious problem of the use of gas generators of this type - this is the presence in the gas of a large number of products of pyrolysis of fossil fuels in the form of various kinds of resins, phenols, ammonia and other pollutants that impede the direct use of gas. In addition, the presence in the gasified fuel of various kinds of plastics, polyethylene, PET containers and disposable tableware leads to a significant complication of the gasification process in the high-temperature zone. In addition, the appearance of harmful and highly toxic organic pollutants in the generator gas, primarily polychlorinated dibenzodioxins and furans (PCDD / PCDF), is additional difficulties. Cleaning gas from these harmful impurities is expensive and is a serious environmental problem.
Большинство существующих систем газификации твердых коммунальных и органических отходов основаны на использовании газогенераторов прямого процесса, которые менее чувствительны к повышенной влажности топлива, но при этом полученный газ настолько загрязнен смолами и другими вредными компонентами, что он годится только для непосредственного сжигания в топке котла с дальнейшей серьезной очисткой отходящих из котла дымовых газов от выбросов в атмосферу вторичных диоксинов, тяжелых металлов, оксидов азота, сернистых соединений и пр.Most existing gasification systems for solid municipal and organic waste are based on the use of direct process gas generators that are less sensitive to high humidity of the fuel, but the resulting gas is so contaminated with resins and other harmful components that it is suitable only for direct combustion in a boiler furnace with further serious cleaning flue gases from the boiler from emissions of secondary dioxins, heavy metals, nitrogen oxides, sulfur compounds, etc.
Известна газогенераторная установка обращенного процесса с локальным подогревом (патент RU №167783, C10J 3/20, 10.01.2017), которая относится к установкам для получения генераторного газа за счет пиролиза древесины, отходов лесозаготовки и лесопереработки и может быть использована в области автономного энергообеспечения малых производств. Газогенераторная установка содержит блок управления, оснащенный программным обеспечением, топливный бункер, загрузочную дверцу, водяную рубашку, опоясывающую корпус полости газогенератора. Содержит колосниковую решетку, дверцу зольной камеры, электроуправляемую заслонку, канал отвода генераторного газа, трубопровод подачи воздуха, датчики температуры, вентилятор отбора пиролизного газа, циркуляционный водяной насос, баллон с пиролизным газом, компрессор, схема водяного котла. Газогенератор позволяет управлять процессом газификации древесного топлива и обеспечить равномерную температуру процесса термического разложения по всему объему камеры газификации независимо от вида и качества древесного топлива.A well-known gas-generating installation of the reverse process with local heating (patent RU No. 167783,
Этот газогенератор является вариантом известной конструкции газогенератора типа «Imbert» (первого поколения), ранее широко использовавшегося в транспортных газогенераторах, характеризующийся однозонным подводом воздуха и «низким слоем» (Рамбуш Н.Е. Газогенераторы. ГОНТИ. 1939. С. 413), серьезным недостатком которой, является ее ограничение по производительности, не превышающей 700-1000 кВт по теплосодержанию топлива, лимитирующим фактором которого является диаметр сужения сечения реактора («горловины»). Увеличение диаметра выше 250-300 мм приводило к нарушению равномерности распределения дутьевого воздуха и, соответственно, равномерности фронта горения и зашлаковке реактора. Кроме того, нежелательным является также использование водяного охлаждения в газогенераторах подобной конструкции при газификации высоковлажных топлив, так как оно снижает температуру в активной зоне. При этом схема повышения температуры в активной зоне за счет принудительной рециркуляции части «грязного» и засмоленного генераторного газа в зону активного горения, как показал практический опыт ее реализации, является неработоспособной из-за быстрого выхода из строя вентилятора рециркуляции.This gas generator is a variant of the well-known design of a gas generator of the "Imbert" type (first generation), previously widely used in transport gas generators, characterized by a single-zone air supply and a "low layer" (Rambush NE Gas generators. GONTI. 1939. P. 413), serious the disadvantage of which is its limitation in productivity, not exceeding 700-1000 kW in terms of heat content of fuel, the limiting factor of which is the diameter of the narrowing section of the reactor ("neck"). The increase in diameter above 250-300 mm led to a violation of the uniform distribution of the blast air and, accordingly, the uniformity of the combustion front and slagging of the reactor. In addition, it is also undesirable to use water cooling in gas generators of a similar design for the gasification of high moisture fuels, since it reduces the temperature in the core. At the same time, the scheme for raising the temperature in the core due to the forced recirculation of part of the dirty and tarred generator gas into the active combustion zone, as shown by practical experience in its implementation, is inoperative due to the rapid failure of the recirculation fan.
Известен способ газификации топлива для питания двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и установка для его осуществления (патент RU №2376482, F02B 43/08, 20.09.2009), при этом способ заключается в том, что исходное топливо подсушивают и подвергают процессу обращенной газификации, полученный генераторный газ очищают и охлаждают атмосферным воздухом и делят на два потока, один из которых подают через накопительную емкость в ДВС, а другой направляют на сжигание в парогенератор для получения водяного пара, который подают на газификацию, атмосферный воздух, нагретый в процессе очистки и охлаждения генераторного газа, также подают на газификацию, а образовавшиеся продукты сжигания генераторного газа в парогенераторе смешивают с отработавшими газами двигателя внутреннего сгорания и подают для подсушивания исходного топлива. При этом исходное топливо подсушивают путем непосредственного контакта со смесью продуктов сжигания генераторного газа в парогенераторе с отработавшими газами двигателя внутреннего сгорания при одновременном ворошении.A known method of gasification of fuel to power an internal combustion engine (ICE) and installation for its implementation (patent RU No. 2376482, F02B 43/08, 09/20/2009), the method consists in the fact that the original fuel is dried and subjected to a reverse gasification process, the resulting generator gas is cleaned and cooled by atmospheric air and divided into two streams, one of which is fed through the storage tank to the internal combustion engine, and the other is sent to combustion in a steam generator to produce water vapor, which is fed to gasification, atmospheric air, n heated in the process of purification and cooling of the generator gas is also supplied for gasification, and the resulting products of combustion of the generator gas in the steam generator are mixed with the exhaust gases of the internal combustion engine and fed to dry the source fuel. In this case, the initial fuel is dried by direct contact with the mixture of products of combustion of the generator gas in the steam generator with the exhaust gases of the internal combustion engine while tedding.
Установка газификации топлива выполнена в виде вертикального аппарата обращенного процесса газификации и снабжена в верхней части камерой предварительной подсушки топлива, подаваемого на газификацию, а в нижней части патрубком и трубопроводом отвода генераторного газа и патрубками подачи подогретого воздуха и пара, газодувкой, установленной на трубопроводе отвода генераторного газа и соединенной в напорной части с устройством очистки-охлаждения, трубопроводом очищенного и охлажденного генераторного газа, при этом этот трубопровод снабжен отводом, соединенным с испарителем и патрубком подачи пара газогенератора, и патрубком отвода продуктов сжигания генераторного газа и трубопроводом подачи газового теплоносителя в камеру предварительной подсушки топлива.The gasification of fuel is made in the form of a vertical apparatus of the inverse gasification process and is equipped in the upper part with a chamber for pre-drying the fuel supplied to gasification, and in the lower part with a nozzle and a pipe for exhausting the generator gas and nozzles for supplying heated air and steam, a gas blower installed on the pipeline for removing the gas gas and connected in the pressure part with a cleaning-cooling device, a pipeline of cleaned and cooled generator gas, while this pipeline equipped with a tap connected to the evaporator and the steam supply pipe of the gas generator, and a pipe for discharge of the products of combustion of the generator gas and a pipeline for supplying the gas coolant to the fuel pre-drying chamber.
По заявлению авторов эта группа изобретений позволяет обеспечить непрерывность процесса и работы установки и расширение их функциональных возможностей при одновременном полном использовании теплоты отработавших газов ДВС.According to the authors, this group of inventions allows to ensure the continuity of the process and operation of the installation and the expansion of their functional capabilities while fully utilizing the heat of the exhaust gases of the internal combustion engine.
Однако, конструктивная реализация данного изобретения весьма затруднительна из-за разнонаправленных газовых потоков в едином корпусе при прямоточном движении топлива сверху вниз. Для предотвращения потоков воздушного дутья в верхнюю часть реактора в сушильную камеру или влажного сушильного агента вниз в активную зону, что весьма вероятно, так как поддержание нулевого давления на границе раздела сушильной камеры и реактора практически невозможно, потребуется установка промежуточной шлюзовой камеры с двумя плотными клапанами. При таких температурах и их перекосах обеспечить плотность шлюзовой камеры при использовании клапанов с электромагнитными приводами практически невозможно - необходимы клапана с гидравлическим управлением и давлением в гидроцилиндрах не менее 12,0-15,0 Мпа, что приведет к увеличению массы корпуса газогенератора и удорожанию установки более чем в два раза. Использование таких массивных и дорогих в исполнении шлюзовых конструкций в газогенераторе мощностью не более 1000 кВт, а судя по косвенным данным, приведенным в описании изобретения, подразумевается использование газогенератора типа «Imbert», который работает по обращенному методу газификации и недостатки которого были приведены выше, не является целесообразным.However, the constructive implementation of the present invention is very difficult due to multidirectional gas flows in a single housing with direct-flow fuel from top to bottom. To prevent air blast flows into the upper part of the reactor into the drying chamber or wet drying agent down into the active zone, which is very likely, since maintaining zero pressure at the interface between the drying chamber and the reactor is practically impossible, an intermediate lock chamber with two tight valves will be required. At such temperatures and their distortions, it is practically impossible to ensure the density of the lock chamber when using valves with electromagnetic actuators - valves with hydraulic control and a pressure in the hydraulic cylinders of at least 12.0-15.0 MPa are required, which will lead to an increase in the mass of the gas generator body and an increase in the cost of installation than twice. The use of such massive and expensive gateway designs in a gas generator with a capacity of not more than 1000 kW, and judging by indirect data provided in the description of the invention, it is implied to use a gas generator of the Imbert type, which works according to the inverse gasification method and the disadvantages of which were given above, are not is appropriate.
Кроме того, непонятна и роль котла испарителя в схеме, так как использование пара в дутье в газогенераторах «Imbert» является крайне нежелательным, так как крекинг смол, выделяющихся при пиролизе, и их выгорание требует относительно высоких температур.In addition, the role of the evaporator boiler in the circuit is not clear, since the use of steam in the blast in Imbert gas generators is extremely undesirable, since the cracking of the resins released during pyrolysis and their burning out requires relatively high temperatures.
Задачей заявленной группы изобретений является создание такой конструкции газогенератора, использующего широкий спектр низкосортных твердых топлив, особенно твердых коммунальных и органических отходов, которая включала бы в себя не только процесс газификации, но и предварительную его подготовку - торрефикацию и устранение из сырого генераторного газа значительной части диоксинов и фуранов образующихся при газификации химических компонентов твердых коммунальных и органических отходов.The objective of the claimed group of inventions is the creation of such a gas generator design that uses a wide range of low-grade solid fuels, especially solid municipal and organic waste, which would include not only the gasification process, but also its preliminary preparation - torrefaction and elimination of a significant part of dioxins from crude generator gas and furans formed during gasification of chemical components of solid municipal and organic waste.
Технический результат группы изобретений заключается в увеличении топливной мощности газогенератора до 5000-7000 кВт, повышении термического КПД и получении газа с минимальным количеством смол, сажи и углеводородов, без увеличения габаритных размеров установки.The technical result of the group of inventions is to increase the fuel power of the gas generator to 5000-7000 kW, increase thermal efficiency and produce gas with a minimum amount of resins, soot and hydrocarbons, without increasing the overall dimensions of the installation.
Способ получения генераторного газа из твердых коммунальных и органических отходов, заключающийся в разделении процесса на зону торрефикации и зону газификации с раздельной подачей газовоздушных агентов по этим зонам, в осуществлении процессов «мягкого пиролиза» и газификации. В первой зоне, расположенной в верхней части реактора, происходит процесс торрефикации брикетированных твердых коммунальных и органических отходов, куда осуществляют регулируемую подачу рециркулирующих горячих выхлопных газов ДВС, при этом нагрев осуществляют без доступа или с доступом минимального количества окислителя - воздуха, который протекает при температурах 350-400°С. Во второй зоне, зоне газификации «поджаренных» торрефицированных брикетов твердых коммунальных и органических отходов, расположенной в нижней части реактора на участке от слоев, прилегающих к соплам дутьевого воздуха до пережима сечения - «горловины», осуществляют горение и газифицирование топлива, при этом процесс подачи газов в зону газификации является регулируемым и в конфузорную часть реактора зоны газификации поступают три потока - торрефицированные брикеты и парогазовые продукты торрефикации из верхней части реактора и воздух, в количестве, определяемом заданным режимом газификации. В нижнюю часть газогенератора расположенную за срезом диффузорной части реактора, за разворотом потока генераторного газа, в объем газового потока, осуществляют впрыск водного раствора карбамида (мочевины - H2N-CO-NH2) через ряд сопел, установленных по периметру входной части кольцевого канала газового объема, с целью -хемосорбции хлора и хлористого водорода, связывания оксидов азота и сернистых соединений водным раствором карбамида, в результате получают генераторный газ с заданными количественными и качественными характеристиками с минимальным содержанием смол.A method of producing generator gas from solid municipal and organic waste, which consists in dividing the process into a torrefaction zone and a gasification zone with a separate supply of gas-air agents in these zones, in the implementation of the "soft pyrolysis" and gasification processes. In the first zone, located in the upper part of the reactor, the process of torrefaction of briquetted solid municipal and organic waste takes place, to which the circulating hot exhaust gases of the internal combustion engine are regulated, while heating is carried out without access or with the minimum amount of oxidizing agent - air, which flows at temperatures of 350 -400 ° C. In the second zone, the gasification zone of the “fried” torrefied briquettes of solid municipal and organic waste, located in the lower part of the reactor in the area from the layers adjacent to the blast air nozzles to the pinch clamp - the “neck”, the fuel is burned and gasified, while the supply process of gases to the gasification zone is adjustable and three flows arrive to the confuser part of the reactor of the gasification zone - torrefied briquettes and gas-vapor torrefaction products from the upper part of the reactor and air , in an amount determined by a given regime of gasification. An aqueous urea solution (urea - H 2 N-CO-NH 2 ) is injected into the lower part of the gas generator located behind the cutoff of the diffuser part of the reactor, behind the turn of the flow of generator gas into the volume of the gas stream, through a series of nozzles installed around the perimeter of the inlet of the annular channel gas volume, for the purpose of chemisorption of chlorine and hydrogen chloride, binding of nitrogen oxides and sulfur compounds with an aqueous urea solution, as a result, generating gas with specified quantitative and qualitative characteristics with mi minimum resin content.
Указанный технический результат при реализации заявленного способа получения генераторного газа достигается за счет разделения процесса газификации на две зоны:The specified technical result when implementing the inventive method for producing generator gas is achieved by dividing the gasification process into two zones:
Предлагаемый способ получения генераторного газа является комбинированным и последовательно включает в себя следующие процессы:The proposed method for producing generator gas is combined and sequentially includes the following processes:
Указанный технический результат при реализации комбинированного газогенератора обращенного процесса газификации с раздельными зонами торрефикации и газификации в блоке с ДВС достигается тем, что он включает приемный топливный бункер, топливную шлюзовую камеру, систему раздельной подачи выхлопных газов ДВС в зону торрефикации и воздуха в зону газификации, теплогенератор (ТГ) для подогрева дутьевого воздуха до 300-400°С, дутьевых механизмов - вентилятора рециркуляции выхлопных газов (ВРГ) и дутьевой вентилятор (ДВ). Газогенератор выполнен в виде реактора торрефикации и газификации топлива, верхняя часть которого представляет собой вертикальный цилиндрический канал (зона торрефикации), в торец которого через систему раздельной подачи в свободное от топлива пространство подают часть горячих выхлопных газов ДВС, расход которых контролируют температурой торрефикации. Нижняя часть газогенератора (зона газификации) выполнена в виде двух усеченных конусов конфузора и диффузора установленных последовательно сверху вниз, обращенных вершинами навстречу друг другу с сужением сечения, образующих «горловину». В конфузоре в сечении на расчетном расстоянии от горловины расположены по периметру сопла ввода газифицирующего дутьевого воздуха. Общая геометрия зоны газификации и форма брикетов позволяет осуществлять равномерную раздачу дутьевого воздуха при диаметре «горловины» до 700 мм. При этом оптимальные геометрические размеры конфузора и диффузора, места и формы вводов газифицирующего дутьевого воздуха находятся в расчетной зависимости от диаметра «горловины» в узком сечении.The specified technical result when implementing a combined gasifier of the reversed gasification process with separate zones of torrefaction and gasification in the engine block is achieved by the fact that it includes a receiving fuel hopper, a fuel lock chamber, a system for separate supply of engine exhaust gases to the torrefaction zone and air to the gasification zone, heat generator (TG) for heating the blast air to 300-400 ° C, blasting mechanisms - exhaust gas recirculation fan (VRG) and blast fan (LW). The gas generator is made in the form of a fuel torrefaction and gasification reactor, the upper part of which is a vertical cylindrical channel (torrefaction zone), into the end of which, through a separate supply system, part of the internal combustion engine's hot exhaust gases are fed into the space free of fuel, the flow rate of which is controlled by the torrefaction temperature. The lower part of the gas generator (gasification zone) is made in the form of two truncated cones of a confuser and a diffuser installed sequentially from top to bottom, facing vertices towards each other with a narrowing section, forming a “neck”. In the confuser, at a calculated distance from the neck, they are arranged along the perimeter of the nozzle for introducing gasifying blast air. The general geometry of the gasification zone and the shape of the briquettes allows for uniform distribution of blast air with a neck diameter of up to 700 mm. In this case, the optimal geometric dimensions of the confuser and diffuser, the location and shape of the inlets of the gasifying blast air are in the calculated dependence on the diameter of the “neck” in a narrow section.
Свободное от топлива пространство в верхней части зоны торрефикации, в которую вводят горячие выхлопные газы, образуется за счет подачи топлива из топливного шлюза. Контроль уровня топлива, объем незаполненного топливом пространства и управление загрузкой реактора топливом осуществляют датчиками СВЧ.The space free from fuel in the upper part of the torrefaction zone into which hot exhaust gases are introduced is formed by supplying fuel from the fuel lock. Control of the fuel level, the amount of space not filled with fuel, and control of the reactor loading with fuel is carried out by microwave sensors.
Ниже диффузорной части реактора расположен зольный канал, заканчивающийся колосниковой решеткой. При этом расстояние от нижнего среза диффузорной части до плоскости колосниковой решетки не должно превышать 250 мм.Below the diffuser part of the reactor is an ash channel ending in a grate. Moreover, the distance from the lower cut of the diffuser part to the plane of the grate should not exceed 250 mm.
Несмотря на условность границ разделения реактора на зоны, раздельной подачи дутьевых агентов, имеющих различные состав и температуры, данная конструкция позволяет структурно отделить процессы, происходящие в этих зонах друг от друга, причем, для повышения КПД установки процесс газификации осуществляют в автотермическом режиме и с использованием возврата части тепла выхлопных газов (рециркуляции) ДВС обратно в реактор, при этом процессы подачи газов в зону торрефикации и горячего воздуха в зону газификации являются регулируемыми. В зону газификации поступают три потока - «поджаренные» брикеты и парогазовые продукты торрефикации из верхней части реактора и воздух, в количестве, определяемом заданным режимом газификации, в результате получают генераторный газ с заданными количественными и качественными характеристиками с минимальным содержанием смол, сажи и углеводородов; для нейтрализации других вредных веществ, в нижней части корпуса газогенератора, в подъемной части газохода через сопла осуществляется впрыск водного раствора карбамида (мочевины -H2N-CO-NH2).Despite the conventionality of the boundaries of the separation of the reactor into zones, the separate supply of blowing agents with different composition and temperature, this design allows you to structurally separate the processes occurring in these zones from each other, and, to increase the efficiency of the installation, the gasification process is carried out in autothermal mode and using the return of part of the heat of the exhaust gases (recirculation) of the internal combustion engine back to the reactor, while the processes of supplying gases to the torrefaction zone and hot air to the gasification zone are adjustable. Three streams enter the gasification zone - “fried” briquettes and gas-vapor torrefaction products from the upper part of the reactor and air, in an amount determined by a given gasification mode, as a result, generating gas with predetermined quantitative and qualitative characteristics with a minimum content of resins, soot and hydrocarbons; To neutralize other harmful substances, an aqueous urea solution (urea -H 2 N-CO-NH 2 ) is injected through the nozzles in the lower part of the gas generator housing, in the lifting part of the gas duct.
Комбинированный газогенератор обращенного процесса газификации с раздельными зонами торрефикации и горения и газификации в блоке с ДВС, характеризуется следующими особенностями:The combined gasifier of the reversed gasification process with separate zones of torrefaction and combustion and gasification in the engine block is characterized by the following features:
На Фиг. 1 представлена конструкция комбинированного газогенератора обращенного процесса газификации, который включает в себя топливный бункер 1; топливную шлюзовую камеру 2, систему подачи горячих выхлопных газов ДВС в зону торрефикации, выполненную в виде раздающих сопел 3; реактор 4, который состоит из зоны торрефикации 5, выполненной в виде вертикального цилиндрического канала, расположенного в верхней части реактора 4; вертикального канала 6, конически сужающегося по высоте -конфузора, футерованного изнутри теплоизоляционным и износоустойчивым материалом и служащего для спуска «поджаренных» брикетов из зоны торрефикации в зону газификации; конически расширяющегося по высоте участка реактора 8 - диффузора, «горловины» 7, наиболее узкого сечения реактора 4, представляющего собой пластину с кольцевым отверстием, разделяющую сужающуюся 6 и расширяющуюся по высоте 8 участка реактора. В сечении конически сужающегося вертикального канала 6 на расчетном расстоянии от «горловины» 7 расположены сопла 9 ввода воздушного дутья. Сбор и отвод генераторного газа производят в нижней части реактора ниже кромки расширяющегося канала 8, который поступает в кольцевой газовый объем 10, располагающийся вокруг кольцевого воздушного объема 11. В начальную часть кольцевого газового объема 10 по периметру осуществляют впрыск водного раствора карбамида через сопла 12.In FIG. 1 shows the design of a combined gasifier for the reversed gasification process, which includes a fuel hopper 1; a
Ниже расширяющегося канала 8 реактора 4 расположен зольный канал 13, выполняющий роль «зольной подушки» предохраняющей от пережога колосниковую решетку 14, выполненную в виде плоского дна с профилированными отверстиями и устройством сброса золы 15 вне газогенератора. Полученный генераторный газ через систему очистки 16 поступает потребителю.Below the expanding
Газогенератор обращенного процесса газификации работает следующим образом.Gas generator reversed gasification process works as follows.
Полученный генераторный газ проходит через нижние части кромки расширяющегося канала 8 и разворачивается по направлению вверх в кольцевой газовый объем 10, располагающийся вокруг кольцевого воздушного объема 11. Здесь же в кольцевой газовый объем 10 по периметру осуществляют впрыск водного раствора карбамида через сопла 12. Генераторный газ проходит вверх по кольцевому каналу нагревая через металлическую стенку дутьевой воздух и в верхней части корпуса газогенератора через патрубок поступает в систему очистки 16.The resulting generator gas passes through the lower parts of the edge of the expanding
Предлагаемый способ получения генераторного газа из брикетированных твердых коммунальных и органических отходов и конструкция комбинированного газогенератора обращенного процесса (ГОП) позволяет исключить из схемы промежуточный процесс сжигания «грязного» генераторного газа в топке котла и получить силовой генераторный газ достаточной чистоты для использования в газопоршневых электростанциях (ГПЭС).The proposed method for producing generator gas from briquetted solid municipal and organic waste and the design of a combined reverse-process gas generator (GOP) allows us to exclude from the scheme an intermediate process of burning “dirty” generator gas in a boiler furnace and to obtain a power generator gas of sufficient purity for use in gas piston power plants (GPES) )
Сегодня в мировой практике к качеству генераторного газа предъявляются более жесткие требования. Для обеспечения срока службы стационарных двигателей 50000-60000 часов концентрация смол в газе не должна превышать 10÷100 мг/м3, а твердых частиц - 10÷50 мг/м3. Что касается требований к чистоте выхлопных газов выбрасываемых из ГПЭС, то по содержанию вредных веществ они должны соответствовать требованием действующих норм ПДК.Today in world practice more stringent requirements are imposed on the quality of generator gas. To ensure the life of stationary engines 50,000-60000 hours, the concentration of resins in the gas should not exceed 10 ÷ 100 mg / m 3 and solid particles - 10 ÷ 50 mg / m 3 . As for the requirements for the purity of exhaust gases emitted from the gas turbine power plants, in terms of the content of harmful substances they must meet the requirements of the applicable MPC standards.
Данный способ газификации и реализующая его конструкция газогенератора позволяет:This method of gasification and the design of the gas generator that implements it allows you to:
- использовать в качестве топлива наряду с твердыми коммунальными отходами и широкий спектр низкосортных твердых органических отходов, таких как древесные отходы, отходы животноводства, отходы растениеводства, торф и пр;- use as fuel, along with municipal solid waste, a wide range of low-grade solid organic waste, such as wood waste, animal waste, crop waste, peat, etc.
- достичь увеличения единичной мощности газогенератора до уровня, превышающего мощности существующих классических ГОП плотного слоя, т.е. до 7 МВт по топливу;- to achieve an increase in the unit power of the gas generator to a level exceeding the power of the existing classical GOP of a dense layer, i.e. up to 7 MW for fuel;
- повысить термический КПД установки в целом за счет более полной утилизации физического тепла генераторного газа.- increase the thermal efficiency of the installation as a whole due to more complete utilization of the physical heat of the generator gas.
- получить газ с минимальным количеством смол, сажи, углеводородов и других вредных веществ, которые легко удаляются системой очистки и позволяют поддерживать их концентрации в выбрасываемых выхлопных газах в рамках требований ПДК.- to obtain gas with a minimum amount of tar, soot, hydrocarbons and other harmful substances that are easily removed by the purification system and allow to maintain their concentration in the exhaust exhaust gases within the limits of MPC.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018140373A RU2697912C1 (en) | 2018-11-15 | 2018-11-15 | Method of producing generator gas from solid municipal and organic wastes and a combined gas generator of an inverted gasification process for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018140373A RU2697912C1 (en) | 2018-11-15 | 2018-11-15 | Method of producing generator gas from solid municipal and organic wastes and a combined gas generator of an inverted gasification process for its implementation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2697912C1 true RU2697912C1 (en) | 2019-08-21 |
Family
ID=67733642
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018140373A RU2697912C1 (en) | 2018-11-15 | 2018-11-15 | Method of producing generator gas from solid municipal and organic wastes and a combined gas generator of an inverted gasification process for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2697912C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2743473C1 (en) * | 2020-05-26 | 2021-02-18 | Игорь Вячеславович Шерстнёв | Gas generator |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2376482C1 (en) * | 2008-05-27 | 2009-12-20 | Андрей Николаевич Ульянов | Method to gasify fuel for internal combustion engine and device to this end |
| RU136799U1 (en) * | 2013-05-15 | 2014-01-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) | COMPLEX ENERGY TECHNOLOGICAL MULTIFUNCTIONAL PROCESSING OF BIOMASS |
| RU161775U1 (en) * | 2015-10-06 | 2016-05-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) | INSTALLATION FOR TORREFICATION OF GRANULATED BIOMASS |
| RU167783U1 (en) * | 2016-01-19 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Башкирский государственный аграрный университет" | GAS-GENERATING INSTALLATION OF A TURNED PROCESS WITH LOCAL HEATING |
-
2018
- 2018-11-15 RU RU2018140373A patent/RU2697912C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2376482C1 (en) * | 2008-05-27 | 2009-12-20 | Андрей Николаевич Ульянов | Method to gasify fuel for internal combustion engine and device to this end |
| RU136799U1 (en) * | 2013-05-15 | 2014-01-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) | COMPLEX ENERGY TECHNOLOGICAL MULTIFUNCTIONAL PROCESSING OF BIOMASS |
| RU161775U1 (en) * | 2015-10-06 | 2016-05-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) | INSTALLATION FOR TORREFICATION OF GRANULATED BIOMASS |
| RU167783U1 (en) * | 2016-01-19 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Башкирский государственный аграрный университет" | GAS-GENERATING INSTALLATION OF A TURNED PROCESS WITH LOCAL HEATING |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2743473C1 (en) * | 2020-05-26 | 2021-02-18 | Игорь Вячеславович Шерстнёв | Gas generator |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9170019B2 (en) | Method and system for production of a clean hot gas based on solid fuels | |
| KR20130054356A (en) | Method and apparatus for low-temperature biomass pyrolysis and high-temperature biomass gasification | |
| CN111853801A (en) | Garbage pyrolysis gasification incineration system and technology | |
| KR101632147B1 (en) | Power plant for generating electric power by biomass | |
| CN102003713A (en) | Method and device for combustible solid waste gasification combustion | |
| CN101646752A (en) | Method and apparatus for variable power gasification of combustible materials | |
| CN105485895A (en) | Built-in biomass gasification combustion hot water boiler | |
| RU2668447C1 (en) | Method of gasification of solid fuel and device for its implementation | |
| RU2697912C1 (en) | Method of producing generator gas from solid municipal and organic wastes and a combined gas generator of an inverted gasification process for its implementation | |
| US7736603B2 (en) | Thermal waste recycling method and system | |
| KR101924345B1 (en) | High temperature gasification combustion system for waste and control method thereof | |
| KR102250690B1 (en) | Apparatus for producing charcoal using biomass and biomass treatment equipment having the same | |
| CN100363461C (en) | A method and device for producing gas by twin-bed pyrolysis of biomass/domestic waste | |
| EA027222B1 (en) | Improvements in waste processing | |
| FI125685B (en) | Method for performing pyrolysis and pyrolysis device | |
| RU2338770C1 (en) | Treatment method of wood biomass in form of combustive chips with receiving of bio-oil and wood coal and drying-retort module for treatment of wood biomass in form of combustive chips with receiving of bio-oil and wood coal | |
| RU2408820C1 (en) | Installation for multi-phase pyrolysis of organic raw material | |
| KR102624090B1 (en) | biomes gasification system using livestock excretion | |
| CN104479742B (en) | Biomass gas preparation system | |
| RU2433344C1 (en) | Plant for thermal decomposition of unsorted solid domestic wastes | |
| CN110986043A (en) | Major structure and system of L-shaped organic solid waste carbon gasification furnace | |
| CN201962258U (en) | Renewable energy source power generation system | |
| JP2007231062A (en) | Gasifier | |
| EP3583193B1 (en) | Separated chambers pyrolysis furnace | |
| RU2301374C1 (en) | Method and device for preparing fuel for combustion |