RU2692585C1

RU2692585C1 - Gas generator

Info

Publication number: RU2692585C1
Application number: RU2018128892A
Authority: RU
Inventors: Николай Борисович Болотин
Original assignee: Николай Борисович Болотин
Priority date: 2018-08-06
Filing date: 2018-08-06
Publication date: 2019-06-25

Abstract

FIELD: power engineering.SUBSTANCE: invention relates to power engineering and can be used in households, farms and industry. Invention objective is to increase the gas generator gas cleaning degree. Solving said tasks is achieved in a gas generator comprising a housings, a loading device, a main cavity in which a reactor is installed, a ash compartment under the reactor with a grate and an unloading device, air supply system to gas generator, gas duct, gas generator gas cleaning system, outlet of which is connected via heat exchanger to gas generator gas consumer. At that, gas generator is made of three housings: external, medium and inner with annular gaps between them, at that external annular gap is filled with heat-insulating material, internal annular gap includes inlet annular channel in lower part and outlet header with outlet holes – in upper part, communicating inner annular gap with output collector cavity. Also, above the grate there is a spinning device, together with an inner annular gap, forming a preliminary gas cleaning system. Spinning device lower end is located at distance hfrom grate upper end, determined from relationship: h=(0.01…0.03) H, where h– axial clearance; His the middle hull inner height. Emergency afterburner can be connected to the gas pipe via a discharge pipe via a controlled valve.EFFECT: higher degree of gas generator gas cleaning.1 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики, а именно к двигателям, работающим на газообразном топливе, генерируемом при сжигании твердых бытовых отходов - ТБО.The invention relates to the field of energy, and in particular to engines operating on gaseous fuel generated during the combustion of solid waste - MSW.

Отходы производства и потребления являются одними из самых масштабных источников загрязнения окружающей среды. Ежегодный прирост количества твердых бытовых отходов (ТБО) в нашей стране составляет более 30 млн. тонн. Это мощный возобновляемый топливный ресурс, который может дать огромную экономию ископаемого топлива и обеспечить теплом и электроэнергией жилые районы и промышленные предприятия. В связи с этим создание новых предприятий по обезвреживанию и утилизации отходов входит в число неотложных государственных задач.Production and consumption waste is one of the largest sources of environmental pollution. The annual increase in the amount of municipal solid waste (MSW) in our country is more than 30 million tons. This is a powerful renewable fuel resource that can provide huge savings in fossil fuels and provide residential and industrial enterprises with heat and electricity. In this regard, the creation of new enterprises for the disposal and recycling of waste is among the urgent state tasks.

Как известно, углеводородное топливо постоянно дорожает. Кроме того, его природные ресурсы исчерпаемы и могут закончиться через 40…50 лет.As is known, hydrocarbon fuels are constantly becoming more expensive. In addition, its natural resources are exhaustible and can end in 40 ... 50 years.

Кроме того, в соответствии с Техническим регламентом №609 «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ» экологический класс Евро-5 вводится с 1 января 2014 года. С этого времени, все автомобили, попадающие на территорию России должны соответствовать данному экологическому стандарту. Это касается как транспортных средств, производимых на отечественных заводах, так и всего транспорта, ввозимого на территорию страны из-за границы: и нового, и подержанного; и для личных целей, и для коммерческого использования.In addition, in accordance with Technical Regulations No. 609 “On Requirements for Emissions by Automotive Vehicles Launched in the Territory of the Russian Federation of Harmful (Polluting) Substances”, the Euro-5 environmental class is introduced from January 1, 2014. From now on, all cars entering the territory of Russia must comply with this environmental standard. This applies both to vehicles produced in domestic factories and to all vehicles imported into the country from abroad: new and used; both for personal use and for commercial use.

В настоящее время в России эксплуатируется 5 мусоросжигательных заводов, объем обезвреживания и утилизации ТБО на которых ничтожно мал и не превышает 3% от общего количества отходов (для сравнения: только в Германии таких заводов более 50-ти). В связи с этим чрезвычайно актуальным является строительство мусоросжигательных заводов с применением современных технологий, предусматривающих сочетание максимально полного использования энергетического потенциала ТБО с экологической безопасностью процесса.At present, 5 waste incineration plants are being operated in Russia, the volume of disposal and disposal of solid waste at which is negligible and does not exceed 3% of the total waste (for comparison, there are more than 50 such plants in Germany alone). In this regard, the construction of waste incineration plants with the use of modern technologies that provide for the combination of the fullest use of the energy potential of solid waste with the environmental safety of the process is extremely relevant.

Процесс сжигания ТБО сопровождается образованием ряда токсичных соединений: оксидов азота (NOx), оксидов серы (SOx), оксида углерода (II) (СО), диоксинов и фуранов и некоторых других загрязнителей. При этом, как и в случае сжигания традиционных видов органического топлива, основной вклад в показатель суммарной токсичности продуктов сгорания вносят оксиды азота.The process of incineration of MSW is accompanied by the formation of a number of toxic compounds: nitrogen oxides (NOx), sulfur oxides (SOx), carbon monoxide (II) (CO), dioxins and furans, and some other pollutants. At the same time, as in the case of burning traditional types of organic fuel, nitrogen oxides make the main contribution to the total toxicity of combustion products.

Поскольку состав дымовых газов мусоросжигательных установок характеризуется многообразием содержащихся в них токсичных компонентов, они могут быть обезврежены только при воздействии на них комплекса технологических мероприятий, а также химических и физико-химических методов очистки. Поэтому возникает необходимость в оборудовании мусоросжигательных установок многоступенчатыми системами газоочистки, обеспечивающими снижение содержания различных загрязнителей в дымовых газах до требуемых норм. Причем, каждая из используемых технологий очистки, как правило, направлена на уменьшение выбросов одного из нескольких видов образующихся токсичных компонентов.Since the composition of the flue gases of incineration plants is characterized by a variety of toxic components contained in them, they can be neutralized only when exposed to a set of technological measures, as well as chemical and physico-chemical cleaning methods. Therefore, there is a need to equip waste incineration plants with multi-stage gas cleaning systems that ensure the reduction of the content of various pollutants in the flue gases to the required standards. Moreover, each of the used cleaning technologies, as a rule, is aimed at reducing emissions of one of several types of toxic components formed.

Особенностью процесса термического обезвреживания ТБО является переменный состав топлива, в результате чего происходит непрерывное изменение параметров горения. Это, в свою очередь, становится причиной значительных колебаний концентраций токсичных компонентов в дымовых газах и, как следствие, недостаточно надежной работы системы очистки в целом.A feature of the process of thermal disposal of MSW is the variable composition of the fuel, resulting in a continuous change in the parameters of combustion. This, in turn, causes significant fluctuations in the concentrations of toxic components in the flue gases and, as a result, insufficiently reliable operation of the cleaning system as a whole.

Постоянное ужесточение требований, предъявляемых к газовым выбросам теплоэнергетических агрегатов, к которым относятся и мусоросжигательные установки, создают предпосылки для создания новых технологий очистки.Constant tightening of the requirements for gas emissions from thermal power plants, which include incinerators, create the prerequisites for creating new cleaning technologies.

Необходимость разработки и применения технологий, обеспечивающих высокую эффективность и стабильные показатели очистки дымовых газов, образующихся при термическом обезвреживании ТБО переменного состава, определили направление исследований, результаты которых приведены в данном изобретении.The need to develop and apply technologies that provide high efficiency and stable flue gas purification rates generated during the thermal disposal of solid waste of variable composition determined the direction of research, the results of which are given in this invention.

Основная задача создания изобретения: разработка полностью автоматизированного устройства для сжигания мусора и комплексной очистки дымовых газов, образующихся при сжигании газогенераторного газа в двигателе внутреннего сгорания. Исключение выброса полученного при сжигании твердых бытовых отходов газогенераторного газа в атмосферу при аварийных и нерасчетных режимах.The main task of the invention: the development of a fully automated device for burning garbage and complex cleaning of flue gases generated during the combustion of gas generating gas in an internal combustion engine. Exclusion of the emission of gas-generating gas produced during the incineration of solid household waste into the atmosphere during emergency and off-design conditions.

Наиболее затруднительна очистка от оксидов азота. Очистка от твердых частиц относительно просто решается в циклонах и других промышленных очистителях.The most difficult to clean from nitrogen oxides. Particle removal is relatively easy to solve in cyclones and other industrial cleaners.

Наиболее радикальное средство снижение образования окислов азота как при горении ТБО в газогенераторе, так и при горении в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания это его дожигание в каталитическом дожигателе. Это позволит снизить выброс окислов азота NOx в несколько раз.The most radical means of reducing the formation of nitrogen oxides, both when burning MSW in a gas generator and when burning in cylinders of internal combustion engines, is its afterburning in a catalytic afterburner. This will reduce the emission of nitrogen oxides NOx several times.

Известен «Газогенератор» по патенту RU №2303050 от 29.06.2006, опубл. 20.07.2007, МПК C10J 3/20, F23B 99/00, который содержит камеру горения с зоной сушки и пирогенетического разложения, с зонами сгорания смол, регенерации и очистки генераторного газа, газоходы водяного котла, камеру парогенерации, камеру подогрева и подачи воздуха, при этом газогенератор дополнительно снабжен сепаратором-дымососом, охладителем-стабилизатором газа и камерой подогрева генераторного газа, которые присоединены последовательно между зоной отбора генераторного газа и камерой горения, камера парогенерации соединена с выходом зоны очистки генераторного газа, с входом зоны регенерации и через камеру подогрева атмосферного воздуха с камерой горения.Known "Gas generator" according to patent RU №2303050 from 06/29/2006, publ. 20.07.2007, IPC C10J 3/20, F23B 99/00, which contains a combustion chamber with a drying zone and pyrogenic decomposition, with tar combustion zones, regeneration and purification of generator gas, water boiler gas ducts, a steam generation chamber, a heating and air supply chamber, at the same time, the gas generator is additionally equipped with a chimney separator, a gas stabilizer cooler and a generator gas preheating chamber, which are connected in series between the generator gas extraction zone and the combustion chamber, the steam generation chamber is connected to the outlet of the cleaning zone eneratornogo gas from entering the regeneration zone and through the air heating chamber with a combustion chamber.

Но данное устройство не обеспечивает получение газа теплотворной способностью выше 1560 ккал.But this device does not provide gas calorific value above 1560 kcal.

Известно техническое решение реактора газификации по патенту RU №2360949 «Способ получения синтез-газа и реактор газификации для его осуществления» от 04.08.2008, опубл. 10.07.2009, МПК C10J 3/32, C10J 3/40, C10J 3/68.Known technical solution of the gasification reactor according to patent RU No. 2360949 "A method for producing synthesis gas and a gasification reactor for its implementation" dated 04.08.2008, publ. July 10, 2009, IPC C10J 3/32, C10J 3/40, C10J 3/68.

Реактор газификации, содержащий котел с двумя концентрично расположенными один в другом внутренним и внешним кожухами, выполненными в виде кольцевых теплообменных рубашек, с газоходом между ними, с лопастным ворошителем сырья и усеченным конусом, зоны первичной газификации и регенерации газов, горелку, колосниковой решеткой фурмы для подачи пара в зону регенерации, крышкой и установленным на ней реверсивным приводом несвязанной с ним отсасывающей трубой с трубным разравнивателем, с закрепленным под ним лопастным ворошителем сырья и с установленными на свободном конце трубы фурмами для подачи паров воды из зоны скопления пара в зону первичной газификации сырья.A gasification reactor containing a boiler with two inner and outer shells concentrically arranged one inside the other, made in the form of annular heat-exchanging jackets, with a flue between them, with a bladed agitator of the raw material and a truncated cone, primary gasification and gas regeneration zones, a burner, a grate for tuyere steam supply to the regeneration zone, a lid and a reversible drive installed on it, a suction pipe connected to it with a pipe leveler, with a paddle agitator attached under it and Formation at the free end of the pipe tuyeres to supply water vapor from the accumulation area couple in the primary feedstock gasification zone.

Но данное устройство обеспечивает двухстадийное получение газа теплотворной способностью не выше 1560 ккал, поскольку снижению калорийности газа способствует и горение излишне вырабатываемого синтез-газа в зоне горения первичной газификации, ввиду того, что в составе синтез-газа уже присутствует большое количество азота, а его горение в этой зоне обуславливает увеличение количества азота, сначала в первичной зоне газификации, а затем и в получаемом синтез-газе. К тому же, горение синтез-газа в первичной зоне поддерживает температуру горения 1500°С для того, чтобы в зоне регенерации поднять до максимально возможной температуры синтеза, в то же время, эта температура способствует началу образования NOx в синтезируемом газе, а при применении полученного газа в газопоршневых электростанциях либо в горелках отопительных систем, где температура горения превышает 1500°С, вырабатывается дополнительное NOx, что приводит к загрязнению окружающей среды.But this device provides a two-stage production of gas with a calorific value not higher than 1560 kcal, since the burning of the overly produced synthesis gas in the primary gasification combustion zone also contributes to a decrease in gas caloric content, since a large amount of nitrogen is already present in the synthesis gas, and its combustion in this zone causes an increase in the amount of nitrogen, first in the primary gasification zone, and then in the resulting synthesis gas. In addition, the combustion of synthesis gas in the primary zone maintains the combustion temperature of 1500 ° C in order to raise to the maximum possible synthesis temperature in the regeneration zone, at the same time, this temperature contributes to the beginning of the formation of NOx in the synthesized gas, and when applying the resulting gas in gas piston power plants or in burners of heating systems, where the combustion temperature exceeds 1,500 ° C, produces additional NOx, which leads to environmental pollution.

Известны способы получения генераторного газа для питания ДВС по патенту Франции №2455077, МПК C10J 3/20, опубл. 25/04/1979 г., заключающиеся в подводе теплоты, воздуха и водяного пара в загруженную углеродсодержащим топливом реакционную камеру, где в результате взаимодействия компонентов образуется генераторный газ. Полученный газ очищают от смол и негорючих примесей и подают в систему питания ДВС.Known methods for producing generator gas to power the internal combustion engine according to French patent No. 2455077, IPC C10J 3/20, publ. 25/04/1979, which consists in supplying heat, air, and water vapor to the reaction chamber loaded with carbon-containing fuel, where, as a result of the interaction of the components, a generating gas is formed. The resulting gas is purified from tar and non-combustible impurities and fed into the power supply system of the internal combustion engine.

В указанном источнике указаны установки для реализации этого способа, которые содержат реакционную камеру, заполненную углеродсодержащим топливом и снабженную на входе устройствами для подвода теплоты, воздуха и водяного пара, а на выходе газоочистным устройством, связанным с системой питания ДВС.Installations for the implementation of this method are indicated in the indicated source, which contain a reaction chamber filled with carbon-containing fuel and equipped with inlet devices for supplying heat, air, and water vapor, and a gas cleaning device connected with the engine power supply system at the outlet.

Известны способ получения генераторного газа для питания ДВС и установка для его осуществления по А св. СССР №1325173, МПК F02D 43/08, опубл. 23.07.1983 г.A method is known for producing generator gas for powering the internal combustion engine and an installation for its implementation according to A st. USSR №1325173, IPC F02D 43/08, publ. 07.23.1983

Способ заключается в подводе теплоты, воздуха, водяного пара и части выпускных газов двигателя к загруженной углеродсодержащим топливом реакционной камере и отводе из реакционной камеры в двигатель предварительно очищенного от примесей генераторного газа. В процессе взаимодействия компонента в реакционной камере создают разрежение, а подачу генераторного газа в двигатель производят через промежуточную емкость.The method consists in supplying heat, air, water vapor and part of the engine exhaust gases to the reaction chamber loaded with carbon-containing fuel and discharging the generator gas previously purified from impurities into the engine. In the process of interaction of the component in the reaction chamber create a vacuum, and the flow of the generator gas into the engine produced through an intermediate tank.

Газогенераторная установка содержит двигатель, линия газовыпуска которого соединена через калиброванные отверстия с входом загруженной углеродсодержащим топливом реакционной камеры, снабженной нагревательным устройством и испарителем воды, а линия питания подключена к выходу реакционной камеры. На линии питания двигателя последовательно по ходу генераторного газа установлены очиститель-охладитель, вакуумный насос и промежуточная емкость с расходным краном.The gas generator set includes an engine, the gas outlet line of which is connected through calibrated holes to the inlet of a reaction chamber loaded with carbon-containing fuel, equipped with a heating device and a water evaporator, and the power line is connected to the outlet of the reaction chamber. A cleaner-cooler, a vacuum pump and an intermediate tank with a supply valve are installed on the engine supply line in series along the generator gas.

В этих способе и устройстве, не предусмотрена полная утилизация отходящих газов двигателя: лишь незначительная их часть используется в процессе газификации топлива, остальная выбрасывается в атмосферу. Отсутствие полной утилизации отходящих газов приводит к снижению эффективности способа получения генераторного газа и устройства для его получения.In this method and device, the complete utilization of engine exhaust gases is not provided: only a small part of them is used in the process of gasification of fuel, the rest is emitted into the atmosphere. The lack of complete utilization of waste gases leads to a decrease in the efficiency of the method for producing the generating gas and the device for its production.

Известен газогенератор по патенту РФ на полезную модель №92147, МПК F22B 33/18, опубл. 10.03.2010 г., прототип.Known gas generator according to the patent of the Russian Federation for utility model No. 92147, IPC F22B 33/18, publ. 10.03.2010, the prototype.

Этот газогенератор содержит корпуса, загрузочное устройство, основную полость, в которой установлен реактор, зольный отсек под реактором с колосниковой решеткой и устройство выгрузки, систему подвода воздуха в газогенератор, газовод систему очистки газогенераторного газа, выход из которой подключен через теплообменник к потребителю газогенераторного газа, причем газогенератор выполнен из трех корпусов: внешнего, среднего и внутреннего с кольцевыми зазорами между ними, при этом внешний кольцевой зазор заполнен теплоизоляционным материалом, внутренний кольцевой зазор содержит входной кольцевой канал в нижней части и выходной коллектор с выходными отверстиями - в верхней части, сообщающими внутренний кольцевой зазор с полостью выходного коллектора.This gas generator contains the housing, the loading device, the main cavity in which the reactor is installed, the ash compartment under the grate reactor and the unloading device, the system for supplying air to the gas generator, the gas outlet for the gas generating gas cleaning system, the outlet of which is connected through a heat exchanger to the gas generator gas consumer, moreover, the gas generator is made of three buildings: external, middle and internal with annular gaps between them, while the external annular gap is filled with insulating mat ialom, the inner annular gap includes an inlet annular channel at the bottom and an outlet manifold with the outlet openings - in the upper part, the inner annular gap communicates with a cavity outlet header.

Недостатки относительно низкий КПД двигателя внутреннего сгорания из-за низкой калорийности генераторного газа, отсутствие автоматизации и эмиссия вредных веществ в атмосферу.The disadvantages are the relatively low efficiency of the internal combustion engine due to the low caloric value of the generator gas, the lack of automation and the emission of harmful substances into the atmosphere.

Задача создания изобретения повышение степени очистки газогенераторного газа.The task of the invention is to increase the degree of purification of gas generator gas.

Достигнутый технический результат: повышение степени очистки газогенераторного газа.Achieved technical result: increasing the degree of purification of gas-generating gas.

Решение указанных задач достигнуто в газогенераторе, содержащем корпуса, загрузочное устройство, основную полость, в которой установлен реактор, зольный отсек под реактором с колосниковой решеткой и устройство выгрузки, систему подвода воздуха в газогенератор, газовод систему очистки газогенераторного газа, выход из которой подключен через теплообменник к потребителю газогенераторного газа, причем газогенератор выполнен из трех корпусов: внешнего, среднего и внутреннего с кольцевыми зазорами между ними, при этом внешний кольцевой зазор заполнен теплоизоляционным материалом, внутренний кольцевой зазор содержит входной кольцевой канал в нижней части и выходной коллектор с выходными отверстиями - в верхней части, сообщающими внутренний кольцевой зазор с полостью выходного коллектора, тем, что над колосниковой решеткой установлен аппарат закрутки, вместе с внутренним кольцевым зазором образующий систему предварительной газоочистки, а нижний торец аппарата закрутки расположен на расстоянии hi от верхнего торца колосниковой решетки на расстоянии, определяемом из соотношения:The solution of these problems is achieved in the gas generator containing the chassis, the loading device, the main cavity in which the reactor is installed, the ash compartment under the grate reactor and the unloading device, the system for supplying air to the gas generator, the gas outlet for the gas generator gas cleaning system, the output of which is connected through a heat exchanger to the consumer of gas-generating gas, and the gas generator is made of three buildings: external, middle and internal with annular gaps between them, while the external annular The top is filled with insulating material, the inner annular gap contains an inlet annular channel in the lower part and an outlet manifold with outlet openings in the upper part, which communicate the inner annular gap with the outlet manifold cavity, so that the twisting apparatus is installed above the grate, together with the inner annular gap forming the system of preliminary gas cleaning, and the lower end of the twist apparatus is located at a distance hi from the upper end of the grate at a distance determined from wearing:

h₁=(0,01…0,03) Н₀,h ₁ = (0.01 ... 0.03) H ₀ ,

где h₁ - осевой зазор,where h ₁ is the axial clearance,

Н₀ - внутренняя высота среднего корпуса.H ₀ - the internal height of the middle case.

К газоводу может быть присоединен трубой сброса через управляемый клапан аварийный дожигатель.An emergency afterburner can be connected to the gas supply pipe through a controlled valve.

Сущность изобретения поясняется на чертежах фиг. 1…10, где:The invention is illustrated in the drawings of FIG. 1 ... 10, where:

на фиг. 1 приведена основная схема энергоустановки,in fig. 1 shows the basic scheme of power installation,

на фиг. 2 приведена схема энергоустановки с двумя газогенераторами и одним теплообменником,in fig. 2 shows a power plant with two gas generators and one heat exchanger,

на фиг. 3 приведена схема энергоустановки с двумя газогенераторами и двумя теплообменниками,in fig. 3 is a diagram of a power plant with two gas generators and two heat exchangers,

на фиг. 4 приведена схема управления энергоустановки,in fig. 4 shows the power plant control scheme,

на фиг. 5 приведена схема циклона встроенного в газогенератор,in fig. 5 is a diagram of a cyclone embedded in a gas generator,

на фиг. 6 приведен чертеж колосниковой решетки,in fig. 6 is a drawing of the grate,

на фиг. 7 приведена колосниковая решетка,in fig. 7 shows the grate,

на фиг. 8 приведен вид А на фиг. 7,in fig. 8 is a view A of FIG. 7,

на фиг. 9 приведено закручивающее устройство,in fig. 9 shows a twisting device,

на фиг. 10 приведен вид В на фиг. 9.in fig. 10 shows view B in FIG. 9.

Обозначения, принятые в описании:Designations adopted in the description:

1. наружный цилиндрический корпуса 1,1. outer cylindrical housing 1,

2. средний цилиндрический корпус 2,2. medium cylindrical body 2,

3. внутренний цилиндрический корпус 3,3. inner cylindrical body 3,

4. внешний кольцевой зазор 4.4. external annular gap 4.

5. внутренний кольцевой зазор 5,5. the inner annular gap 5,

6. теплоизоляция 6,6. heat insulation 6,

7. главная полость 7,7. main cavity 7,

8. исходное сырье 8,8. feedstock 8,

9. реактор 9,9. reactor 9,

10. сужающаяся часть 10,10. tapering part 10,

11. цилиндрическая часть 11,11. the cylindrical part 11,

12. расширяющаяся часть 12,12. the expanding part 12,

13. кольцевой коллектор 13,13. ring collector 13,

14. внутренняя полость 14,14. the internal cavity 14,

15. отверстия 15,15. holes 15,

16. внутренняя полость 16,16. internal cavity 16,

17. патрубок подвода воздуха 17,17. pipe supply air 17,

18. верхний торец 18,18. upper end 18,

19. входное отверстие 19,19. the inlet 19,

20. механизм загрузки 20,20. loading mechanism 20,

21. первый привод 21,21. the first drive 21,

22. коллектор 22,22. collector 22,

23. внутренняя полость 23,23. internal cavity 23,

24. втулка 24,24. sleeve 24,

25. газовод 25,25. gas outlet 25,

26. первый нижний торец 26,26. first lower end 26,

27. центральное отверстие 27,27. the central hole 27,

28. второй нижний торец 28,28. the second lower end 28,

29. колосниковая решетка 29,29. grate 29,

30. отверстия 30,30. holes 30,

31. зола 31,31. ash 31,

32. зольный отсек 32,32. ash compartment 32,

33. корпус 33,33. building 33,

34. полость 34,34. cavity 34,

35. устройство выгрузки золы 35,35. ash discharging device 35,

36. приемный бункер 36,36. receiving hopper 36,

37. механизм выгрузки 37,37. unloading mechanism 37,

38. второй привод 38,38. second drive 38,

39. боковая стенка 39,39. side wall 39,

40. твердые частицы 40,40. solids 40,

41. внутренняя поверхность 41,41. inner surface 41,

42. закручивающее устройство 42,42. twisting device 42,

43. система предварительной очистки газогенераторного газа 43,43. gas generator gas pre-cleaning system 43,

44. верхний торец 44,44. upper end 44,

45. лопатка 45,45. blade 45,

46. входной кольцевой канал 46,46. the input annular channel 46,

47. труба сброса 47,47. discharge pipe 47,

48. управляемый клапан 48,48. controlled valve 48,

49. аварийный каталитический дожигатель 49,49. emergency catalytic afterburner 49,

50. теплообменник 50,50. heat exchanger 50,

51. фильтр тонкой очистки 51,51. fine filter 51,

52. вентиль 52,52. valve 52,

53. потребитель газа 53.53. gas consumer 53.

54. трубопровод подвода 54,54. supply line 54,

55. насос 55,55. pump 55,

56. трубопровод отвода 56,56. discharge pipeline 56,

57. радиатор 57.57. radiator 57.

58. вентилятор 58,58. fan 58,

59. третий привод 59,59. third drive 59,

60. линия управления 60,60. control line 60,

61. блок управления 61,61. control unit 61,

62. линия контроля 62,62. control line 62,

63. контроллер датчиков 63,63. sensor controller 63,

64. газоанализатор 64,64. gas analyzer 64,

65. датчик температуры газогенераторного газа 65.65. gas generator gas temperature sensor 65.

Газогенератор (фиг. 1) содержит три цилиндрических корпуса: наружный 1, средний 2 и внутренний 3. Цилиндрические корпуса 1…3, установленные концентрично друг другу с кольцевым зазорами внешним 4 и внутренним 5 между ними. Внешний кольцевой зазор 4 заполнен теплоизоляцией 6.The gas generator (Fig. 1) contains three cylindrical shells: outer 1, middle 2 and inner 3. Cylindrical shells 1 ... 3, mounted concentrically to each other with an annular gap of outer 4 and inner 5 between them. The outer annular gap 4 is filled with thermal insulation 6.

Внутри внутреннего корпуса 3 образуется главная полость 7 для процесса горения и газификации исходного сырья 8. В главной полости 7 установлен реактор 9, в котором в начинаются процессы горения и газификации исходного сырья 8.Inside the inner housing 3, a main cavity 7 is formed for the combustion process and gasification of the raw material 8. A reactor 9 is installed in the main cavity 7, in which the combustion and gasification processes of the raw material 8 begin.

Реактор 9 выполнен в форме сопла Лаваля и состоит из сужающейся (сверху вниз) части 10, цилиндрической части 11 и расширяющейся части 12. Концентрично цилиндрической части 11 реактора 9 выполнен кольцевой коллектор 13, внутренняя полость 14 которого отверстиями 15 сообщается с внутренней полостью 16 реактора 9.The reactor 9 is made in the form of a Laval nozzle and consists of a tapering (from top to bottom) part 10, a cylindrical part 11 and an expanding part 12. The concentric cylindrical part 11 of the reactor 9 has an annular manifold 13, the internal cavity 14 of which communicates with the holes 15 with the internal cavity 16 of the reactor 9 .

К кольцевому коллектору 13 присоединен патрубок подвода воздуха 17.To the annular manifold 13 is attached a pipe for supplying air 17.

На верхнем торце 18 газогенератора выполнено входное отверстие 19 для загрузки исходного сырья 8 в главную полость 7. Газогенератор содержит механизм загрузки 20 с первым приводом 21.At the upper end 18 of the gas generator made the inlet 19 for loading the raw material 8 into the main cavity 7. The gas generator contains a loading mechanism 20 with the first drive 21.

В верхней части наружного цилиндрического корпуса 1 на его внешней поверхности выполнен коллектор 22, внутренняя полость 23 которого втулками 24 для выхода горячего генераторного газа сообщается с одной стороны - с внутренним кольцевым зазором 5 а с другой - соединена с газоводом 25.In the upper part of the outer cylindrical housing 1 on its outer surface is a collector 22, the internal cavity 23 of which with sleeves 24 for the output of the hot generator gas communicates on one side - with the inner annular gap 5 and on the other is connected to the gas outlet 25.

Внутренний корпус 3 не имеет нижнего днища, а вместо него в первом нижнем торце 26 выполнено центральное отверстие 27, которое сообщает главную полость 7 и внутренний кольцевой зазор 5.The inner housing 3 has no bottom, and instead of it in the first lower end 26 made the Central hole 27, which informs the main cavity 7 and the inner annular gap 5.

На втором нижнем торце 28 среднего корпуса 2 установлена колосниковая решетка 29, в которой выполнены отверстия 30 для выхода золы 31 в зольный отсек 32. Зольный отсек 32 выполнен под колосниковой решеткой 29 и содержит корпус 33 и полость 34.At the second lower end 28 of the middle hull 2, an grate 29 is installed in which holes 30 are made for the ash 31 to enter the ash compartment 32. The ash compartment 32 is made under the grate 29 and includes a housing 33 and a cavity 34.

Под зольным отсеком 32 выполнено устройство выгрузки золы 35 в приемный бункер 36 с механизмом выгрузки 37, имеющим второй привод 38.Under the ash compartment 32, a device for unloading ash 35 into a receiving hopper 36 with an unloading mechanism 37 having a second actuator 38 is made.

Колосниковая решетка 29 имеет боковую стенку 39 в форме усеченного конуса для сбора твердых частиц 40 (фиг. 1, и 5). Зола 31 собирается в зольном отсеке 32.The grate 29 has a truncated cone-shaped side wall 39 for collecting solid particles 40 (Fig. 1, and 5). Ash 31 is collected in ash compartment 32.

Между первым нижним торцом 26 и колосниковой решеткой 29 на внутренней стенке 41 установлено закручивающее устройство 42 для закрутки газогенераторного газа, поступающего снизу вверх во внутренний зазор 5.Between the first lower end 26 and the grate 29 on the inner wall 41, a twisting device 42 is installed to twist the gas-generating gas, which flows upward into the internal gap 5.

Средний и внутренний цилиндрические корпуса 2 и 3, внутренний кольцевой зазор 5 и закручивающее устройство 42 выполняют функцию системы предварительной очистки газогенераторного газа 43, выполненной внутри газогенератора.The middle and inner cylindrical body 2 and 3, the inner annular gap 5 and the twisting device 42 perform the function of a system for pre-cleaning of gas-generating gas 43, made inside the gas generator.

Первый нижний торец 26 внутреннего цилиндрического корпуса 3 расположен на расстоянии h от верхнего торца 44 закручивающего устройства 42:The first lower end 26 of the inner cylindrical housing 3 is located at a distance h from the upper end 44 of the twisting device 42:

h₁=(0,01…0,03) Н₀,h ₁ = (0.01 ... 0.03) H ₀ ,

где h₁ - первый осевой зазор,where h ₁ is the first axial clearance,

Н₀ - внутренняя высота среднего корпуса 7.H ₀ - the internal height of the middle housing 7.

Колосниковая решетка 29 имеет верхний торец 44 (фиг. 1 и 9).The grate 29 has an upper end 44 (Fig. 1 and 9).

Закручивающее устройство 42 предназначено для закрутки газогенераторного газа с целью его предварительной очистки и содержит верхний торец 44 и лопатки 45, установленные под углом β к радиальному направлению (Фиг. 9 и 10).The twisting device 42 is intended to twist the gas-generating gas for the purpose of its pre-cleaning and contains the upper end 44 and the blades 45 mounted at an angle β to the radial direction (Fig. 9 and 10).

Газогенератор имеет входной кольцевой зазор 46 для сообщения основной полости 7 с Систему предварительной очистки газогенераторного газа 43, как упомянуто ранее, образуют внутренний кольцевой зазор 5 и закручивающее устройство 42 (фиг. 1 и фиг. 5).The gas generator has an inlet annular gap 46 for communicating the main cavity 7 with the gas generator gas pre-cleaning system 43, as mentioned earlier, form an internal annular gap 5 and a twisting device 42 (FIG. 1 and FIG. 5).

На фиг. 6 приведена более детально конструкция колосниковой решетки 29 и закручивающего устройства 42. Колосниковая решетка 29 содержит, как упомянуто ранее, отверстия 30, боковую стенку 39, выполненную в виде усеченного конуса на которой собираются твердые частицы 40.FIG. 6 shows in more detail the design of the grate 29 and the twisting device 42. The grate 29 contains, as mentioned earlier, the holes 30, the side wall 39, made in the form of a truncated cone on which solid particles 40 are assembled.

На фиг. 7 приведена отдельно колосниковая решетка 29, а на фиг. 8 приведен вид В колосниковой решетки 29.FIG. 7 shows the grate 29 separately, and FIG. 8 is a view of the grate 29.

На фиг. 9 и 10 приведено закручивающее устройство 42, оно содержит верхний торец 44, лопатки 45, установленные под углом Р к радиальному направлению.FIG. 9 and 10 shows the twisting device 42, it contains the upper end 44, the blades 45, mounted at an angle P to the radial direction.

Основная полость 7 сообщается с внутренним кольцевым зазором 5 через входной кольцевой зазор 46 (Фиг. 1, 5, 6 и 9).The main cavity 7 communicates with the internal annular gap 5 through the input annular gap 46 (Fig. 1, 5, 6 and 9).

Выхлопы газогенератора могут навредить атмосфере. Однако, известно из других отраслей техники наиболее эффективное средство нейтрализации вредных веществ: каталитический дожигатель выхлопных газов.Gas generator exhausts can damage the atmosphere. However, it is known from other branches of engineering the most effective means of neutralizing harmful substances: catalytic exhaust gas burner.

Каталитический дожигатель предназначен для преобразования вредных веществ в менее вредные до их выхода из выхлопной системы автомобиля. Каталитический дожигатель имеет очень простую конструкцию и огромное значение. Выбросы двигателя включают следующие вещества: Газообразный азот (N2) - воздух на 78% состоит из азота, и большая его часть проходит через двигатель.Catalytic afterburner is designed to convert harmful substances into less harmful ones before they exit the vehicle's exhaust system. Catalytic afterburner has a very simple design and is of great importance. Engine emissions include the following substances: Nitrogen gas (N2) - air is 78% nitrogen and most of it passes through the engine.

Углекислый газ (CO2) - один из продуктов сгорания. Углерод, содержащийся в топливе, связывается с кислородом из воздуха.Carbon dioxide (CO2) is one of the products of combustion. The carbon contained in the fuel is bound to oxygen from the air.

Пары воды (H2O) - еще один продукт сгорания. Водород, содержащийся в топливе, связывается с кислородом из воздуха.Water vapor (H2O) is another combustion product. The hydrogen contained in the fuel is bound to oxygen from the air.

По большей части, эти выбросы не являются вредными, хотя считается, что углекислый газ способствует глобальному потеплению. В связи с тем, что процесс сгорания протекает в неидеальных условиях, двигатель также производит небольшое количество вредных выбросов. Каталитический дожигатель предназначен для их нейтрализации: Угарный газ (СО) - ядовитый газ без цвета и запаха. Углеводороды или летучие органические соединения (ЛОС) образуются из испарений несгоревшего топлива и приводят к возникновению смога. Оксиды азота (NO и NO2 или их общее обозначение NOx) приводят к образованию смога и кислотных дождей, которые могут оказывать неблагоприятное воздействие на слизистые оболочки.For the most part, these emissions are not harmful, although carbon dioxide is believed to contribute to global warming. Due to the fact that the combustion process takes place in non-ideal conditions, the engine also produces a small amount of harmful emissions. A catalytic afterburner is designed to neutralize them: Carbon monoxide (CO) is a poisonous gas with no color or odor. Hydrocarbons or volatile organic compounds (VOCs) are formed from the fumes of unburned fuel and cause smog. Nitrogen oxides (NO and NO2, or their generic term NOx) lead to the formation of smog and acid rain, which can adversely affect mucous membranes.

Каталитический дожигатель имеет простую конструкцию: он содержит наполненные в корпусе керамику и катализатор: тонкий слой платины.The catalytic afterburner has a simple construction: it contains ceramics filled in the housing and a catalyst: a thin layer of platinum.

К газоводу 25 присоединена труба сброса 47, содержащая управляемый клапан 48 аварийный дожигатель 49.To the gas pipe 25 is attached a discharge pipe 47 containing a controlled valve 48, an emergency afterburner 49.

К газоводу 25 присоединены последовательно теплообменник 50, фильтр тонкой очистки 51, вентиль 52 и потребитель газа 53.A heat exchanger 50, a fine filter 51, a valve 52 and a gas consumer 53 are connected in series to the gas guide 25 in series.

К теплообменнику 50 трубопролводами подвода 54 с насосом 55 и трубопроводом отвода 56 присоединен радиатор 57. Против радиатора 57 установлен вентилятор 58 с третьим приводом 59.A heat sink 57 is connected to the heat exchanger 50 by pipe-fittings with an inlet 54 with a pump 55 and a drain pipe 56. A fan 58 with a third drive 59 is installed against the heat sink 57.

К первому 21, второму 37, третьему 59 приводам присоединены линии управления 60.To the first 21, second 37, third 59 drives attached control line 60.

На фиг. 2 приведена схема энергоустановки с двумя газогенераторами и одним теплообменником,FIG. 2 shows a power plant with two gas generators and one heat exchanger,

На фиг. 3 приведена схема энергоустановки с двумя газогенераторами и двумя теплообменниками,FIG. 3 is a diagram of a power plant with two gas generators and two heat exchangers,

На фиг. 4 приведена схема управления энергоустановки, которая содержит блок управления 61 к которому линией контроля 62 присоединен контроллер датчиков 63, к которому линиями контроля 62 присоединены все датчики:FIG. 4 shows a control circuit of a power plant, which contains a control unit 61 to which, by a control line 62, a sensor controller 63 is connected, to which all sensors are connected to a control line 62:

- газоанализатор 64, установленный на выходе из аварийного каталитического дожигателя 49,- gas analyzer 64, installed at the outlet of the emergency catalytic afterburner 49,

- датчик температуры газогенераторного газа 65, установленный на выходе из теплообменника 50.- gas generator gas temperature sensor 65, installed at the outlet of the heat exchanger 50.

На фиг. 5 приведена более детально конструкция циклона 44, для предварительной очистки газогенераторного газа.FIG. 5 shows in more detail the design of the cyclone 44, for the preliminary purification of gas-generating gas.

Устройство работает следующим образом (фиг. 1…10).The device works as follows (Fig. 1 ... 10).

Загружают исходное сырье 8 (фиг. 1) через механизм загрузки 20 в главную полость 7. Воспламеняют исходное сырье 8 (система воспламенения на фиг. 1…10 не показана).The feedstock 8 is loaded (Fig. 1) through the loading mechanism 20 into the main cavity 7. The feedstock 8 is ignited (the ignition system in Figs. 1 ... 10 is not shown).

В газогенератор 1 через патрубок подвода воздуха 17 подают исходное сырье 8, которое сгорает при недостатке воздуха и образуется генераторный газ с температурой 1200…1300°С. Процесс синтеза газогенераторного газа идет при температуре от 1000 до 1300°С. Предпочтительно поддерживать температуру около 1300°С. При более низкой температуре газогенераторный газ не образуется в достаточном объеме.In the gas generator 1 through the pipe supply air 17 serves the raw materials 8, which burns with a lack of air and a generator gas is formed with a temperature of 1200 ... 1300 ° C. The process of synthesis of the gas generator is at a temperature of from 1000 to 1300 ° C. It is preferable to maintain the temperature around 1300 ° C. At a lower temperature, the gas generating gas is not formed in sufficient volume.

Газогенераторный газ поступает во внутренний кольцевой зазор 5, предварительно на лопатках 45 закручивающего устройства 42 (фиг. 1 и 5) закручивается и центробежные силы отбрасывают твердые частицы 40 на периферию и они по наклонной боковой стенке 39 колосниковой решетки 29 через отверстия 30 вместе с золой 31 сбрасываются в зольный отсек 32.The gas-generating gas enters the inner annular gap 5, pre-spins on the blades 45 of the swirling device 42 (Fig. 1 and 5) and centrifugal forces throw solid particles 40 to the periphery and they along the inclined side wall 39 of the grate 29 through the holes 30 along with the ashes 31 dumped into the ash compartment 32.

Полученный газогенераторный газ сжигают в потребителе газа 53 (фиг. 1).The resulting gas generator is burned in the gas consumer 53 (Fig. 1).

Контроль за работой всех систем установки осуществляют при помощи датчиков (фиг. 1…4):Monitoring the operation of all installation systems is carried out using sensors (Fig. 1 ... 4):

газоанализатор 64.gas analyzer 64.

датчик температуры газогенераторного газа 65,gas generator gas temperature sensor 65,

Осуществляют контроль работы газогенератора и в зависимости от показаний этих датчиков при помощи блока управления 61, с которого подают сигналы на привода 21, 38 и 59.They control the operation of the gas generator and, depending on the readings of these sensors, using the control unit 61, from which signals are sent to the actuator 21, 38 and 59.

При применении схемы с двумя и потребителями газа 53 (на фиг. 1…10 такой вариант не показан), один из потребитель газа 53 может быть отключен для профилактики.When applying the scheme with two and gas consumers 53 (in Fig. 1 ... 10, this option is not shown), one of the gas consumer 53 can be turned off for prevention.

В случае аварийной ситуации, например, при применении одного потребителя газа 53 или одновременном отказе потребителей газа газогенератор продолжает еще несколько часов работать и вырабатывать газогенераторный газ. Его нельзя сбрасывать в атмосферу, так как в нем содержится много окислов азота и NOx и других вредных веществ. Это может привести к ухудшению экологии окружающей среды.In the event of an emergency, for example, when using a single gas consumer 53 or a simultaneous failure of gas consumers, the gas generator continues to operate for a few more hours and produce gas-generating gas. It cannot be discharged into the atmosphere, as it contains many oxides of nitrogen and NOx and other harmful substances. This can lead to environmental degradation.

Чтобы этого не произошло, открывают управляемый клапан 48 и газогенераторный газ сжигают в аварийном каталитическом дожигателе 49.To prevent this from happening, open the controlled valve 48 and the gas-generating gas is burned in the emergency catalytic afterburner 49.

Контроль за экологическим состоянием газогенераторной энергоустановки, как упомянуто ранее, осуществляют постоянно при помощи газоанализатора 64 и при превышении концентрации одного из вредных веществ корректируют газогенератора или меняют аварийный каталитический дожигатель 49 (фиг. 1).Monitoring the ecological state of the gas generator power plant, as mentioned earlier, is carried out continuously using a gas analyzer 64 and, if the concentration of one of the harmful substances is exceeded, the gas generator is corrected or the emergency catalytic burner 49 is changed (FIG. 1).

Применение изобретения позволило:The use of the invention allowed:

1. Обеспечить полную автоматизацию работы газогенератора на бытовых отходах любых ТБО за счет блока управления, контроллера датчиков и приводов.1. To ensure full automation of the gas generator on the household waste of any solid waste at the expense of the control unit, sensor controller and actuators.

2. Повысить КПД газогенератора за счет повышения температуры сгорания генераторного газа.2. To increase the efficiency of the gas generator by increasing the temperature of combustion of the generator gas.

4. Уменьшить вредное воздействие на экологию окружающей среды за счет уменьшении выброса вредных веществ в атмосферу. Это достигнуто применением аварийного каталитического дожигателя.4. Reduce the environmental impact of the environment by reducing the emission of harmful substances into the atmosphere. This is achieved by using an emergency catalytic afterburner.

5. Снизить входящую в ДВС температуру газогенераторного газа для обеспечения его работы применением теплообменника и радиатора.5. To reduce the gas-generating gas temperature entering the internal combustion engine to ensure its operation by using a heat exchanger and a radiator.

6. Повысить надежность работы и снизить расходы на сервисное обслуживание ДВС за счет:6. To increase the reliability of work and reduce the cost of servicing the engine through:

- снижения содержания смол и негорючих примесей в генераторном газе при его очистке в три стадии: предварительной очистки, тонкой очистки и химической очистки в дожигателях,- reducing the content of resins and non-combustible impurities in the generator gas during its cleaning in three stages: pre-treatment, fine cleaning and chemical cleaning in the afterburners,

- возможности профилактического ремонта одного из нескольких потребителей газогенераторного газа,- the possibility of preventive maintenance of one of several consumers of gas-generating gas,

- дожигания газогенераторного газа в аварийном каталитическом дожигателе.- afterburning of gas generator gas in an emergency catalytic afterburner.

Claims

1. Газогенератор, содержащий корпуса, загрузочное устройство, основную полость, в которой установлен реактор, зольный отсек под реактором с колосниковой решеткой и устройство выгрузки, систему подвода воздуха в газогенератор, газовод систему очистки газогенераторного газа, выход из которой подключен через теплообменник к потребителю газогенераторного газа, причем газогенератор выполнен из трех корпусов: внешнего, среднего и внутреннего с кольцевыми зазорами между ними, при этом внешний кольцевой зазор заполнен теплоизоляционным материалом, внутренний кольцевой зазор содержит входной кольцевой канал в нижней части и выходной коллектор с выходными отверстиями - в верхней части, сообщающими внутренний кольцевой зазор с полостью выходного коллектора, отличающийся тем, что над колосниковой решеткой установлен аппарат закрутки, вместе с внутренним кольцевым зазором образующий систему предварительной газоочистки, а нижний торец аппарата закрутки расположен на расстоянии h₁ от верхнего торца колосниковой решетки на расстоянии, определяемом из соотношения1. The gas generator, containing the case, the boot device, the main cavity in which the reactor is installed, the ash compartment under the grate reactor and the unloading device, the system for supplying air to the gas generator, the gas duct gas purification system of the gas generator, the outlet of which is connected through the heat exchanger to the gas generator consumer gas, and the gas generator is made of three buildings: external, middle and internal with annular gaps between them, while the external annular gap is filled with insulating mater In general, the inner annular gap contains an inlet annular channel in the lower part and an outlet collector with outlet openings in the upper part, which communicate the inner annular gap with the cavity of the output collector, characterized in that a twist apparatus is installed above the grate, together with the inner annular gap forming the system pre-gas cleaning, and the lower end of the twist apparatus is located at a distance h ₁ from the upper end of the grate at a distance determined from the relation

h₁ = (0,01…0,03) Н₀,h ₁ = (0.01 ... 0.03) H ₀ ,

где h₁ - осевой зазор;where h ₁ is the axial clearance;

2. Газогенератор по п.1, отличающийся тем, что к газоводу присоединен трубой сброса через управляемый клапан аварийный дожигатель.2. The gas generator according to claim 1, characterized in that an emergency afterburner is connected to the gas supply pipe by means of a discharge pipe through a controlled valve.