Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ГАЗИФИКАЦИИ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

Изобретение относится к способам газификации твердого топлива и может найти применение в газификаторах прямого дутья путем пиролитического разложения твердых углеродосодержащих топлив. Предназначено для получения горючего газа (синтез газа, генераторного газа, водяного газа, водорода, угарного газа) и твердых продуктов реакции (кокса, полукокса, древесного угля, бездымных топлив и сорбентов).

Из уровня техники известен СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ [патент РФ №2393200], в котором описан процесс газификации, происходящий циклически, при этом установка, реализующая способ, снабжена колосниковой решеткой. Недостатком способа является то, что процесс газификации возможен только в периодическом режиме работы, а также то, что результатом работы является получение только газа.

В заявках на изобретение РЕАКТОР ГАЗИФИКАЦИИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА CO- ИЛИ H2-СОДЕРЖАЩЕГО НЕОЧИЩЕННОГО ГАЗА [заявка на изобретение РФ №2012106881] и РЕАКТОР ГАЗИФИКАЦИИ С ОХЛАЖДЕНИЕМ ДВОЙНОЙ СТЕНКОЙ [заявка на изобретение РФ №2012106884] описаны газификаторы, в которых реакции протекают при больших температурах для организации жидкого шлакоудаления. Недостатком подходов является ограниченный спектр получаемых продуктов (только в жидкой фазе) и снижение области применения газификаторов.

Также известно УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАЗИФИКАЦИИ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ ТОПЛИВ, ОСТАТКОВ ОБРАБОТКИ И ОТХОДОВ (ВАРИАНТЫ) [патент РФ №2193591], в котором газифицирующие агенты подаются в реакционную камеру через специальные форсунки в присутствии кислородсодержащего окислителя при температурах, превышающих точку плавления неорганических компонентов, и при давлении до 80 бар. Недостатком устройства является то, что агент распыляется при нахождении в очень мелкой фракции, это в свою очередь предполагает использование дополнительного технологического оборудования для его измельчения. Кроме того, рассмотренный в устройстве подход к построению газификатора обладает плохими экологическими показателями по загрязнению окружающей среды.

Наиболее близким по технической сущности аналогом является газификатор прямого процесса газификации «НАТИ-АГ» [Газогенераторные автомобили, стр. 43, фиг. 21, М. Машгиз, 1955, 204 с.], который состоит из реакционной камеры в нижней части, в которой расположена колосниковая решетка.

Недостатками прототипа являются:

1) наличие колосниковой решетки, которое может приводить к образованию шлака и ее закупорке, и как следствие процесс газификации может осуществляться только периодически;

2) ограниченные функциональные возможности работы на определенном виде топлива - антрацит, при работе на угле наиболее вероятно спекание шлака, а также способность работать только под разрежением и в результате работы получать только газ.

Цель изобретения состоит в устранении недостатков, присущих аналогам, и получении новых свойств.

Технический результат обеспечивает непрерывность работы газификатора при использовании способа, что дает возможность обеспечения полной автоматизации процесса газификации, расширение спектра используемых видов топлива, режимов работы и получаемых продуктов.

Технический результат достигается за счет того, что способ газификации твердого топлива, характеризующийся использованием по меньшей мере одной реакционной камеры, которую на начальном этапе заполняют топливом, причем в реакционной камере производят розжиг топлива либо закладывают заранее разожженное топливо, отличающийся тем, что реакционную камеру выполняют трубчатой формы и располагают вертикально или под углом, ограничивая сверху подающим транспортером, посредством которого подают топливо в реакционную камеру, а сам транспортер размещают в газосборной камере в верхней ее части, которая сообщается с газоотводной трубкой, причем снизу реакционные камеры ограничивают отводящим транспортером, посредством которого удаляют продукты реакции, при этом реакционные камеры оснащают не менее чем одним отверстием.

В реакционной камере размещают не менее одного пояса отверстий.

В реакционной камере размещают не менее одного пояса отверстий, которые выполняют с возможностью частичного перекрытия.

В нижней части реакционной камеры устанавливают патрубок или систему газовых патрубков.

К отверстиям или патрубкам подключают газовые трубки.

Газовые трубки сообщают с ресивером, к которому подключают компрессор.

Газовые трубки сообщают с атмосферой.

В качестве подающего и отводящего транспортера используют шнековый или скребковый или ленточный транспортеры или шурующую планку, тросовый, шайбовый, винтовой, ковшовый (любой для подающего, а для отводящего любой способный работать под нагрузкой).

Отводящий транспортер располагают в кожухе.

Новизной заявленного решения является использование подающего и отводящего транспортеров, которые исключают использование колосниковой решетки и обеспечивают возможность полной автоматизации процесса газификации.

Осуществление изобретения

Изобретение может быть реализовано на нижеследующем примере построения газификатора твердого топлива, который включает 3 вертикальные реакционные камеры трубчатой формы круглого сечения, которые содержат пояса отверстий, расположенных в нижней части реакционных камер, выполненных с возможностью частичного или полного перекрытия.

На фиг. 1 показан общий вид газификатора твердого топлива.

На фиг. 2 показано устройство газификатора твердого топлива.

Газификатор состоит из трех реакционных камер 1, которые содержат по поясу сквозных отверстий 2, расположенных в нижней части реакционных камер 1, с заслонками 3. Сверху реакционные камеры 1 ограничены подающим транспортером 4, находящимся в газосборной камере 5, которая в верхней части сообщается с газоотводной трубкой 6. Снизу реакционные камеры 1 ограничены отводящим транспортером 7, который размещен в защитном корпусе 8.

Отверстия 2 могут быть выполнены в виде форсунок, например. Также газ можно подать не только через форсунку, а к примеру через эжектор или фурму, или патрубок, конфузор или сопло.

Реакционные камеры 1, газосборная камера 5 и защитный корпус 8 соединены между собой герметично.

Газификатор работает следующим образом.

На начальном этапе все реакционные камеры 1 заполнены топливом, которое поступает по подающему транспортеру 4.

Снизу реакционных камер 1 топливо опирается на отводящий транспортер 7, к примеру, шнековый. В процессе работы на отводящий транспортер 7 будет подаваться не топливо, а твердый остаток.

В реакционной камере 1 происходит розжиг топлива при помощи специального устройства или при помощи самовоспламенения от нагретой стенки реакционной камеры 1, или воспламенение от заранее разожженной порции топлива поданной в реакционную камеру 1. Фронт горения располагается внутри реакционной камеры 1 выше пояса сквозных отверстий 2. По мере продвижения фронта горения вверх (относительно топлива) отводящий транспортер 7 удаляет продукты реакции газификации. Под действием гравитации топливо в реакционной камере 1 опускается вниз. Высвободившийся объем в верхней части реакционной камеры 1 заполняется свежим топливом посредствам подающего транспортера 4. Таким образом, в зависимости от частоты срабатывания верхнего и нижнего транспортеров можно регулировать положение фронта горения. Газ в реакционные камеры 1 через пояса сквозных отверстий 2 может подаваться с избыточным давлением (относительно давления в реакционных камерах 1) или затягиваться вакуумом, созданным в реакционных камерах 1. Газообразные продукты реакции просачиваясь через слой топлива реагируют с топливом, в процессе реакции образовываются новые газы которые поднимаются в верх собираясь в газосборной камере 5 и отводятся через газоотводную трубку 6.

Меняя настройки процесса горения посредством манипуляции заслонками 3, меняя расход газа через отверстия 2, а также меняя частоту и (или) скорость работы подводящего и отводящего транспортеров, можно перемещать фронт горения вверх-вниз по реакционной камере 1, меняя при этом параметры реакции и вырабатываемые продукты.

Место положения зоны ввода газа в реакционные камеры 1 в большинстве случаев не принципиально.

Положительным техническим эффектом от использования полезной модели является обеспечение непрерывности работы, а также стабилизация параметров вырабатываемого газа и попутного продукта (кокса, полу кокса, древесного угля, сорбента), возможность получения различных продуктов на одной установке, меняя только настройки установки и топлива.

У газификатора отсутствует колосник, что исключает местное повышение температуры и спекание шлака, а также исключает вероятность зависания продукта.

Благодаря механизации подачи топлива и удаления продукта, а также изменения расхода реакционного газа газификатор может работать на разных видах твердых топлив (уголь, древесина, кокс, антрацит, измельченная солома, лузга и т.д.) и в разных режимах (режим полного сгорания топлива - режим котла, режим полной газификации, режим частичной газификации и промежуточные режимы).

Газификатор позволяет использовать различные виды реакционных газов для дутья - воздух, кислород, в том числе пар, а так же их смеси, в том числе с инертными газами.

Реакционные камеры 1 способны работать как под разрежением, так и под давлением, что дает возможность работать на различных температурных режимах.

Работа под давлением возможна, так как топливо и продукты реакции, находящиеся в механизированных частях, выполняют функцию заглушки.

Конструктивные особенности реакционных камер 1 и газификатора позволяют компоновать из них батареи (кассеты), объединенные единой системой подачи топлива и удаления продуктов реакции.

Данное решение позволяет унифицировать газификаторы определенных типоразмеров и использовать модульный принцип для построения газификаторных блоков большой мощности, а также повышает их надежность, простоту обслуживания и ремонта.

Установка, созданная по таким принципам в соответствии с графическими материалами, проста в устройстве и благодаря широкому диапазону настроек способна работать в различных режимах с получением широкого спектра продуктов глубокой переработки из большого количества видов твердого топлива.