Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНДИВИДУАЛЬНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к устройствам газификации твердого топлива, используемым для обеспечения потребителя теплом и горячим водоснабжением.

Известна водогрейная установка на газифицируемых водогрейных древесных отходах (полезная модель RU 86592, МПК C10J 3/20, опубл. 10.09.2009), содержащая водогрейный котел, газогенератор типа Пинча прямого процесса термохимической газификации измельченных древесных отходов, расположенный на опорных санях, герметично присоединенные и установленные сверху на камеру сгорания водогрейного котла теплообменники с водяной оболочкой в виде отдельных секций, бункер газогенератора, теплообменный газоход, газоотводящий патрубок, к которому присоеденены водяной холодильник, дымоотводящая труба с отходящими вниз металлическими трубчатыми конденсатосборником и оребренной опорной стойкой на бетонной подушке.

Недостатками является то, что в известном способе используются в качестве исходного сырья только древесные отходы, что существенно снижает сырьевую базу, а факельное сжигание при температурах 1000-1500°C приводит к образованию большого количества вредных окислов азота.

Известно изобретение - «Теплогазогенератор твердого топлива» (патент RU 2248500, МПК F23B 7/00, C10J 3/20, опубл. 20.03.2005), который содержит газовую топку с каналом вывода дымовых газов, бункер твердого топлива, газогенератор на паровоздушном дутье с колосниковой решеткой и золоприемниками, коллектор отвода высококалорийных газов и трубы-реторты, которые с входной стороны сообщены с бункером, со стороны выходной части - с полостью газогенератора. Участок трубы-реторты, расположенный между указанными ее частями, размещен в полости газовой топки. Внутренние полости труб-реторт со стороны их входных частей соединены с указанным коллектором, а газогенератор - с газовой топкой. Каждая труба-реторта выполнена в виде секций с внутренним каналом в каждой из них. Колосниковая решетка снабжена приводом вращения с регулятором скорости. Привод вращения - электромотор-редуктор с системой управления. Канал вывода дымовых газов расположен в зоне бункера твердого топлива, выполнен в виде винтового объемного элемента и снабжен теплообменниками. Вал вращения колосниковой решетки выполнен полым для паровоздушного дутья. Корпус газогенератора снабжен пароводяной рубашкой, которая расположена между внешней поверхностью названного корпуса и охватывающей последний обечайкой. Пароводяная рубашка снабжена коллектором вывода пара с пароотводящими трубками, одна из которых сообщена с внутренней полостью трубы-реторты в зоне ее выходной части. Бункер снабжен питателем-дозатором принудительной подачи твердого топлива в трубы-реторты.

Недостатком является использование дорогих жаропрочных и коррозионно-устойчивых сталей для изготовления труб-реторт и топки, контактирующих с высокотемпературными газами и водяным паром от паровоздушного дутья.

Наиболее близким, принятым за прототип, является теплогазогенератор твердого топлива» (RU 2255960, МПК C10J 3/20, C10J 3/48, F23B 7/00, опубл. 10.07.2005), который 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. При этом обогреваемый теплообменниками бункер для твердого топлива имеет загрузочный люк.

Недостатки изобретения - использование дорогих жаропрочных и коррозионно-устойчивых сталей при изготовлении установки, а сжигание газа при высоких температурах способствует образованию вредных окислов азота, нанося вред окружающей среде.

Задача изобретения - снижение вредных выбросов в окружающую среду, обеспечение надежности работы устройства.

Для решения поставленной технической задачи предложено устройство для индивидуального теплоснабжения, содержащее бункер для твердого топлива с расположенной в нем колосниковой решеткой и загрузочным люком, газовую топку, теплообменник, канал вывода дымовых газов. Корпус устройства покрыт слоем теплоизоляции. Бункер является газогенератором и сообщен при помощи канала ввода синтез-газа с газовой топкой, в которой расположена каталитическая система окисления. Она содержит три ступени окисления. Первая ступень сжигания, расположенная на выходе из канала ввода синтез-газа - керамический изолятор с нанесенным на него катализатором CoF₂·4H₂O. Вторая ступень - медные трубы, присоединенные к теплообменнику. Третья ступень - керамический изолятор с навитой на него нихромовой спиралью, находящийся в верхней части газовой топки.

Изобретение поясняется фиг.1, на которой показан разрез устройства для индивидуального теплоснабжения.

Устройство для индивидуального теплоснабжения состоит из корпуса 1, бункера для твердого топлива 2 с расположенной в нем колосниковой решеткой 3, загрузочного люка 4, канала ввода синтез-газа 5 в газовую топку 6. В газовой топке выполнена каталитическая система окисления, состоящая из трех ступеней окисления. Первая ступень 7 системы окисления расположена на выходе из канала ввода синтез-газа и представляет собой керамический изолятор с нанесенным на него катализатором CoF₂·4H₂O. Вторая ступень 8 - медные трубы, присоединенные к теплообменнику 9. Третья ступень 10 - керамический изолятор с навитой на него нихромовой спиралью, находящийся в верхней части газовой топки. Канал вывода дымовых газов 11 расположен в верхней части топки. Корпус 1 покрыт теплоизоляцией 12. Теплообменник 9 соединен через канал 13 с системой теплоснабжения.

Устройство для индивидуального теплоснабжения работает следующим образом - сырье поступает в бункер для твердого топлива 2 через загрузочный люк 4. Производят розжиг сырья для получения синтез-газа - дальнейшее протекание процесса выработки синтез-газа идет автотермически за счет экзотермических процессов. Синтез-газ, проходя сквозь колосниковую решетку 3, через канал ввода синтез-газа 5 поступает в газовую топку 6 на каталитическую систему окисления. Проходя первую ступень 7, синтез-газ окисляется с выделением теплоты, приобретая температуру синтез-газа (120-130)°C. Затем синтез-газ проходит вторую ступень 8, где происходит окисление синтез-газа с температурой каталитического разложения (277-287)°C. На третьей ступени 10 происходит доокисление синтез-газа, при этом температура каталитического разложения составляет (530-540)°C. Далее дымовые газы, образовавшиеся при окислении синтез-газа на каталитических ступенях, удаляются через канал вывода дымовых газов 11.

Тепло, выделившееся при окислении синтез-газа на каталитических ступенях, передается теплообменнику 9, благодаря чему нагревается находящийся внутри него теплоноситель, поступающий в систему теплоснабжения через канал 13. Для увеличения КПД и обеспечения безопасной для обслуживания температуры наружной поверхности устройства, корпус 1 покрыт слоем теплоизоляции 12.

Каталитическая система окисления состоит из трех ступеней катализаторов. На первой ступени происходит окисление синтез-газа, на второй и третьей ступенях - окисление и полное доокисление синтез-газа. Исходя из этого, на первой ступени необходим катализатор с максимально низкой температурой начала каталитического разложение газа, на второй и третьей ступенях с более высокой температурой. Первая ступень на выходе из канала ввода синтез-газа - керамический изолятор с нанесенным на него катализатором CoF₂·4H₂O, температура начала каталитического разложения которого равна (120-130)°C. Вторая ступень - медные трубы, присоединенные к теплообменнику, с температурой каталитического разложения (277-287)°C. Третья ступень - керамический изолятор с навитой на него нихромовой спиралью, с температурой каталитического разложения (530-540)°C.

Верхний температурный порог работы катализатора CoF₂·4H₂O - 1200°C, тугоплавкой глины - 1700°C, нихромовой спирали - 1250°C, меди - 600°C.

Ввиду того, что температуры начала каталитического разложения меньше, чем соответствующие им температуры порога работы катализаторов, достигается поставленная перед устройством техническая задача - обеспечение надежности работы устройства.

В качестве сырья используют твердое топливо, находящееся на ранней степени метаморфизма - биомассу, сапропель, отходы лесозаготовительной и деревоперерабатывающей промышленности, торф, бурый уголь. Так как данные виды топлива содержат большое количество кислорода в своем составе, процесс газификации данных видов топлива идет с экзотермическим эффектом.

Процесс получения синтез-газа осуществляют в бункере для твердого топлива путем розжига топлива. Дальнейшее протекание газогенерации происходит автотермически за счет тепла, выделяющегося при экзотермических процессах.

Техническая задача по снижению вредных выбросов окислов азота, образование которых происходит при температурах выше 1200°C (Жабо В.В. Охрана окружающей среды на ТЭС и АЭС: учеб. для техникумов. - М.: Энергоатомиздат, 1992. - 240 с.: ил.), решается благодаря обеспечению низких температур горения синтез-газа.