Патент на изобретение №2255960

(54) ТЕПЛОГАЗОГЕНЕРАТОР ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

(57) Реферат:

Изобретение относится к энергетике, а именно к теплогазогенераторам газификации твердого топлива, используемыми для обеспечения потребителей высококалорийным силовым газом и горячим водоснабжением. Теплогазогенератор содержит газовую топку, канал вывода дымовых газов, бункер для твердого топлива, газогенератор на паровоздушном дутье с колосниковой решеткой и золоприемниками, коллектор приема высококалорийных газов и трубы – реторты, входные части которых сообщены с бункером, выходные части – с газогенератором, полость которого герметична к газовой топке, в последней расположены участки труб- реторт, размещенные между указанными их частями, внутренние полости труб – реторт со стороны их входных частей сообщены с коллектором приема высококалорийных газов, при этом теплогазогенератор снабжен вторым газогенератором с паровоздушным дутьем, входная часть которого сообщена с бункером твердого топлива, а зона выхода из него газов – с газовой топкой, газогенератор, в котором расположены выходные части труб-реторт, в зоне отвода из него выработанных газов сообщен с газгольдером, к которому подсоединен коллектор приема газа, вырабатываемого в трубах- ретортах. Изобретение позволяет повысить эффективность выработки газа из твердых топлив за счет интенсификации процесса и вне зависимости от используемого для этих целей твердого топлива, таких как возобновляемая биомасса, например древесная щепа повышенной влажности, торф и другие подобные материалы. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к энергетике, а именно к теплогазогенераторам твердого топлива, используемыми для обеспечения потребителей высококалорийным силовым газом и горячим водоснабжением.

Известен теплогазогенератор, содержащий ретортную печь для активации угля перегретым водяным паром при нагреве до температур 750-950°С, газогенератор низкокалорийного газа, рекуператор (Л.В.Гордон и др. “Технология лесохимических производств”, М. – Л.: Гослесбумиздат, 1960 г., с.65-68).

Ретортная печь состоит из нескольких вертикальных труб-реторт, которые косвенно обогревают снаружи через боковые каналы по всей высоте сжигаемым высококалорийным газом, поступающим из общего коллектора труб-реторт после смешения газа в рекуператоре с подогретым воздухом. Газогенератор используется при пуске труб-реторт и по необходимости, когда не хватает высококалорийного газа в период загрузки труб-реторт новой порцией угля-сырца.

Каждая труба-реторта имеет сверху загрузочное отверстие для подачи угля-сырца, а водяной пар подводят в нижнюю часть труб-реторт из общего парового коллектора. Твердое углеродистое топливо в трубе-реторте подвергается термической и паровой обработке с разложением на высококалорийный газ, который поднимается вверх реторт в общий коллектор, и активный уголь, спускающийся вниз реторт, а затем на склад готовой продукции.

Известное устройство предназначено для активации угля перегретым водяным паром и не может быть использовано для газификации разных видов твердого углеродного топлива и, в первую очередь возобновляемой биомассы, например древесной щепы повышенной влажности, торфа и многих подобных видов топлив, что ограничивает технологические возможности этого устройства.

Известна силовая установка с термохимическим реактором для получения высококалорийного синтез-газа под воздействием высоких температур в среде перегретого пара, где углеродистый материал электронагревательных элементов окисляется в среде перегретого водяного пара с образованием высококалорийного синтез-газа, который отводится в накопительную емкость – газгольдер, а затем в двигатель внутреннего сгорания силовой установки (A.C. SU №1321872, F 02 В 43/10 от 07.07.87 г.). Недостатками этого технического решения являются сложное аппаратное исполнение устройства, работа с определенным углеродным материалом.

Известен теплогазогенератор твердого топлива, содержащий газовую топку, канал вывода дымовых газов, бункер твердого топлива, газогенератор на паровоздушном дутье с колосниковой решеткой и золоприемниками, коллектор приема высококалорийных газов и трубы-реторты, входные части которых сообщены с бункером, выходные части – с полостью газогенератора, участки труб-реторт, расположенные между указанными их частями, размещены в полости газовой топки, внутренние полости труб-реторт со стороны их входных частей сообщены с коллектором, газогенератор сообщен с газовой топкой (A.C. SU №1333696, С 10 J 3/48 от 30.08.87 г.).

При реализации этого технического решения осуществляется термическое разложение твердого топлива в трубах-ретортах при взаимодействии водяного пара (без присутствия кислорода воздуха) в высококалорийный газ и твердый углеродистый остаток, используемый в газогенераторе с паровоздушным дутьем для получения газа, сжигаемого в газовой топке, где расположены трубы-реторты.

Однако технологические возможности данного технического решения ограничены использованием для термохимического разложения твердых топлив в виде предварительно изготовленных и подсушенных гранул. Процесс термохимической переработки топлива в данной установке неэффективен вследствие низкой интенсивности процесса накопления вырабатываемого газа, т.к. в качестве этого полезного продукта используется только его часть, вырабатываемая при термическом разложении топлива в трубах-ретортах. Эффективность выработки полезного продукта ограничена также и технологическими возможностями топочного устройства, которое не обеспечивает интенсивный режим нагрева труб-реторт.

Техническое решение по а.с. 1333696 по совокупности конструктивных признаков и их взаимосвязи наиболее близко к заявляемому техническому решению и выбрано в качестве его ближайшего аналога.

Техническая задача изобретения состояла в повышении эффективности выработки газа из твердых топлив за счет интенсификации процесса и вне зависимости от используемого для этих целей твердого топлива, и преимущественно таких как возобновляемая биомасса, например древесная щепа повышенной влажности, торф и многие подобные материалы.

Для решения поставленной технической задачи предложен теплогазогенератор твердого топлива, содержащий газовую топку, канал вывода дымовых газов, бункер для твердого топлива, газогенератор на паровоздушном дутье с колосниковой решеткой и золоприемниками, коллектор приема высококалорийных газов и трубы-реторты, входные части которых сообщены с бункером, выходные части – с газогенератором, полость которого герметична к газовой топке, в последней расположены участки труб-реторт, размещенные между указанными их частями, внутренние полости труб-реторт со стороны их входных частей сообщены с коллектором приема высококалорийных газов, при этом, согласно изобретению, теплогазогенератор снабжен дополнительным газогенератором с паровоздушным дутьем, входная часть которого сообщена с бункером твердого топлива, а зона выхода из него газов – с газовой топкой, газогенератор, в котором расположены выходные части труб-реторт, в зоне отвода из него выработанных газов сообщен с газгольдером, к которому подсоединен коллектор приема газа, вырабатываемого в трубах-ретортах.

Согласно изобретению, выходная часть дополнительного газогенератора сообщена с газовой топкой через жидкостной затвор с газопроводом, который снабжен группой отводящих горелок, каждая из которых подсоединена к газовой топке, а последняя выполнена в виде ряда секций для автономного подсоединения к каждой соответствующей горелке.

Согласно изобретению, золоприемники газогенератора, в котором расположены выходные части труб-реторт, снабжены шнековыми питателями, к которым подключены трубопроводы, сообщающиеся с бункером.

Согласно изобретению, входные части труб-реторт и дополнительного газогенератора подсоединены к общему бункеру твердого топлива.

Согласно изобретению канал вывода дымовых газов выполнен по спирали, охватывающей бункер.

Изобретение поясняется чертежом, на котором показан общий вид теплогазогенератора твердого топлива.

Теплогазогенератор состоит из дополнительного газогенератора 1 обращенного типа с паровоздушным дутьем, бункера 2 для твердого топлива, труб-реторт 3, топки 4, газогенератора 5 с паровым дутьем, газгольдера 6, газопровода 7, газового коллектора 8, газопровода 9, загрузочного люка 10, вращающейся колосниковой решетки 11, мотор-редуктора 12 с полым валом 13, зольных карманов 14, шнекового питателя 15, трубопровода 16, теплообменников 17, коллектора 18 подачи водяного пара, газовых горелок 19, секций 20 газовой топки 4, гидрозатвора 21, газопровода 22, электрофильтра 23 очистки дымовых газов, спирального канала 24 дымовых газов для обогрева бункера 2 и теплообменников 17, дымовой трубы 25.

Обогреваемый теплообменниками 17 бункер 2 для твердого топлива, имеющий загрузочный люк 10, сообщается с входными частями труб- реторт 3 и с входной частью газогенератора 1 обращенного типа, вырабатывающего низкокалорийный газ. Выходные части труб-реторт 3 расположены в газогенераторе 5, полость которого герметична по отношению к газовой топке 4. В топке 4 расположены участки труб- реторт, размещенные между их входными и выходными частями. Газовая топка 4 образована предпочтительно в виде секций 20, к каждой из которых автономно подсоединена соответствующая ей газовая горелка 19. Группа горелок 19 подсоединена к общему газопроводу 22, который через жидкостной затвор 21 соединен с зоной выхода газов из дополнительного газогенератора 1. Выполнением топки 4 в виде секций 20 с автономными газовыми горелками 19 обеспечивается режим терморегулирования при более интенсивном нагреве труб-реторт на соответствующих их участках с учетом используемого вида твердого топлива, его фракционного состава и влажности.

Газгольдер 6 через отводящий газопровод 7 сообщается с коллектором высококалорийного газа 8 и через газопровод 9 для отвода высококалорийного синтез-газа – с газогенератором 5. Мотор-редуктор 12 с полым валом 13 для подачи перегретого водяного пара обеспечивает вращение колосниковой решетки 11 в регулируемом режиме для подачи золы в зольные карманы 14. Возвратный шнековый питатель 15 через трубопровод 16 обеспечивает возврат непрореагировавшего с паром твердого углеродистого остатка в трубы-реторты 3. Наличие шнековых питателей 15 повышает эффективность работы теплогазогенератора за счет увеличения объема переработки твердого топлива. Входные части труб-реторт и газогенератора подсоединены к общему бункеру 2 твердого топлива. Канал 24 вывода дымовых газов выполнен по спирали, охватывающей бункер 2. Золоприемники 14 газогенератора 5, в котором расположены выходные части труб-реторт 3, снабжены шнековыми питателями 15, к которым подключены трубопроводы 16, сообщающиеся с бункером 2.

Теплогазогенератор работает следующим образом: твердое топливо из обогреваемого дымовыми газами бункера 2 поступает в дополнительный газогенератор 1 низкокалорийного газа обращенного типа с паровоздушным дутьем и в трубы-реторты 3. Вырабатываемый низкокалорийный газ из газогенератора 1 по газопроводу 22 через гидрозатвор 21 поступает на сжигание в газовую топку 4 при помощи газовых горелок 19, установленных в секциях 20.

Нагретое твердое топливо в трубах-ретортах 3 разлагается при воздействии высокой температуры в присутствии перегретого водяного пара, поступающего из коллектора 18, на высококалорийный газ, который отводят из газового коллектора 8 по газопроводу 7 в газгольдер 6. Раскаленный твердый углеродистый остаток, поступающий в газогенератор 5 из выходных частей труб-реторт 3, разлагают в присутствии перегретого водяного пара, поступающего из теплообменников 17 по полому валу 13 мотор-редуктора 12, в высококалорийный синтез-газ и золу. Синтез-газ направляют по газопроводу 9 в газгольдер 6, а золу с помощью вращающейся колосниковой решетки 11 отбрасывают в зольные карманы 14, где твердый углеродистый остаток, не успевший прореагировать с перегретым водяным паром, возвращают в бункер при помощи шнекового питателя 15 по трубопроводу 16.

При работе теплогазогенератора интенсифицируется процесс газификации твердого топлива в силовой высококалорийный газ, за исключением золы, при этом эффективность технологического процесса обеспечивается при любом виде твердого топлива, в том числе, на возобновляемой биомассе, например древесной щепе повышенной влажности, для превращения ее в высококалорийный газ. Золу используют в качестве удобрения сельскохозяйственных культур.

Устройство может найти промышленное применение при газификации энергоемких производств: керамическое, стекольное, стройиндустрия и других подобных производств.

Формула изобретения

1. Теплогазогенератор твердого топлива, содержащий газовую топку, канал вывода дымовых газов, бункер для твердого топлива, газогенератор на паровоздушном дутье с колосниковой решеткой и золоприемниками, коллектор приема высококалорийных газов и трубы-реторты, входные части которых сообщены с бункером, выходные части – с газогенератором, полость которого герметична к газовой топке, в последней расположены участки труб-реторт, размещенные между указанными их частями, внутренние полости труб-реторт со стороны их входных частей сообщены с коллектором приема высококалорийных газов, отличающийся тем, что теплогазогенератор снабжен вторым газогенератором с паровоздушным дутьем, входная часть которого сообщена с бункером твердого топлива, а зона выхода из него газов – с газовой топкой, газогенератор, в котором расположены выходные части труб-реторт, в зоне отвода из него выработанных газов сообщен с газгольдером, к которому подсоединен коллектор приема газа, вырабатываемого в трубах- ретортах.

2. Теплогазогенератор по п.1, отличающийся тем, что выходная часть дополнительного газогенератора сообщена с газовой топкой через жидкостной затвор с газопроводом, который снабжен группой отводящих горелок, каждая из которых подсоединена к газовой топке, а последняя выполнена в виде ряда секций для автономного подсоединения к каждой соответствующей горелке.

3. Теплогазогенератор по п.1, отличающийся тем, что золоприемники газогенератора, в котором расположены выходные части труб-реторт, снабжены шнековыми питателями, к которым подключены трубопроводы, сообщающиеся с бункером.

4. Теплогазогенератор по п.1, отличающийся тем, что входные части труб-реторт и второго газогенератора подсоединены к общему бункеру твердого топлива.

5. Теплогазогенератор по п.1, отличающийся тем, что при этом канал вывода дымовых газов выполнен по спирали, охватывающей бункер.

РИСУНКИ