RU2693343C1

RU2693343C1 - Gas generator

Info

Publication number: RU2693343C1
Application number: RU2018128890A
Authority: RU
Inventors: Николай Борисович Болотин
Original assignee: Николай Борисович Болотин
Priority date: 2018-08-06
Filing date: 2018-08-06
Publication date: 2019-07-02

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: invention relates to power engineering and can be used in households, farms and industry. Task is to create an invention for increasing the gas generator gas cleaning degree. Solving said problem is achieved in a gas generator comprising housings, a loading device, main cavity in which reactor is installed, ash compartment under reactor with grate and unloading device, air supply system to gas generator, gas duct, gas generator gas cleaning system, the outlet of which is connected through a heat exchanger to the gas generator gas consumer, in that the gas generator is made of three bodies: external, medium and internal with annular gaps between them, wherein external annular gap is filled with heat-insulating material, inside the inner cylindrical housing in its lower part there is a swirling flow device, to the inner annular gap is connected to the inlet annular channel in the lower part and the outlet header with the outlet holes – in the upper part, connecting the internal annular gap to the cavity of the outlet header, which is connected to the gas duct by the gas duct, and an emergency afterburner is connected to the gas duct by a discharge pipe via a controlled valve. Swirling device can be made in the form of annular grid with blades installed on periphery with inclination to axis of gas generator. Blades can be installed with inclination to radial direction. Lower end of flow swirling device can be located at distance h from grate upper end face at distance determined from ratio: h=(0.01…0.03)H₀, where h is an axial gap; H₀ is the middle hull inner height. Gas generator can be equipped with control unit, to which sensors controller is connected, and sensors: gas analyzer installed at outlet of catalytic afterburner, gas generator gas temperature sensor, installed at heat exchanger outlet, at that, outputs of sensors by control lines are connected to inputs to sensor controller. Grate can be of annular shape with side wall in form of truncated cone.

EFFECT: higher degree of gas-generator gas cleaning.

6 cl, 9 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 физикохимических 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 the diversity 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 и связанной 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 reversing drive installed on it and a suction pipe with a pipe leveler, with a paddle tedder of the raw material and with tuyeres installed at the free end of the pipe for supplying water vapor from the zone of accumulation of steam to the zone of primary gasification of the raw material.

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.

Известна газогенераторная установка с двигателем внутреннего сгорания по патенту РФ на изобретение № 2099553, МПК F02B 43/08, опубл. 20.12.1997 г., прототип.Known gas installation with an internal combustion engine according to the patent of the Russian Federation for the invention №2099553, IPC F02B 43/08, publ. 12.20.1997, the prototype.

Эта установка содержит газогенератор, в котором линия газовыпуска подключена через фильтр и теплообменник газогенераторного газа с контуром охладителя, выход из теплообменника подсоединен к входу в систему подачи топливовоздушной смеси двигателя внутреннего сгорания, коленчатый вал которого соединен с электрогенератором,This installation contains a gas generator in which the gas outlet line is connected through a filter and a gas generating gas heat exchanger with a coolant circuit, the output from the heat exchanger is connected to the entrance to the air-fuel mixture of the internal combustion engine, the crankshaft of which is connected to an electric generator,

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 указанной задачи 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, тем, что газогенератор выполнен из трех корпусов: внешнего, среднего и внутреннего с кольцевыми зазорами между ними, при этом внешний кольцевой зазор заполнен теплоизоляционным материалом, внутри внутреннего цилиндрического корпуса в его нижней части установлено закручивающее поток устройство, к внутреннему кольцевому зазору присоединен входной кольцевой канал в нижней части и выходной коллектор с выходными отверстиями - в верхней части, сообщающими внутренний кольцевой зазор с полостью выходного коллектора, которая газоводом соединена с газоводом, а к газоводу присоединен трубой сброса через управляемый клапан аварийный дожигатель. Закручивающее поток устройство может быть выполнено в виде кольцевой решетки с лопатками, установленными на периферии с наклоном к оси газогенератора.The solution of this problem is achieved in the gas generator, which 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 guide. the gas generating gas purification system, the output of which is connected through a heat exchanger to the gas generating gas consumer, in that the gas generator is made of three buildings: external, medium and internal with annular gaps between them, while the external annular gap is filled with insulating material, inside the internal cylindrical body its lower part is equipped with a swirling flow device; an inlet annular channel in the lower part and an outlet collector with output ports are attached to the inner annular gap. with holes - in the upper part, communicating the internal annular gap with the cavity of the outlet manifold, which is connected to the gas duct by the gas duct, and an emergency after-burner is connected to the gas duct through the controlled valve. The swirling device can be made in the form of an annular lattice with blades mounted on the periphery with a slope to the axis of the gas generator.

Лопатки могут быть установлены с наклоном к радиальному направлению.Blades can be installed with a slope to the radial direction.

Нижний торец закручивающего поток устройства может быть расположен на расстоянии h от верхнего торца колосниковой решетки на расстоянии, определяемом из соотношения:The lower end of the swirling device can be located at a distance h from the upper end of the grate at a distance determined from the relationship:

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

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

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

Газогенератор может быть оборудован блоком управления, к которому линией контроля присоединен контроллер датчиков, и датчиками:The gas generator can be equipped with a control unit, to which a sensor controller is connected by a control line, and sensors:

- газоанализатором, установленным на выходе из каталитического дожигателя,- gas analyzer installed at the outlet of the catalytic afterburner,

- датчиком температуры газогенераторного газа, установленным на выходе из теплообменника,- gas generator gas temperature sensor installed at the exit of the heat exchanger,

при этом выходы из датчиков линиями контроля соединены с входами в контроллер датчиков.however, the outputs from the sensors by the control lines are connected to the inputs to the sensor controller.

Колосниковая решетка может быть выполнена кольцевой формы с боковой стенкой в форме усеченного конуса.The grate can be an annular shape with a frustoconical side wall.

Сущность изобретения поясняется на чертежах фиг. 1…9, где:The invention is illustrated in the drawings of FIG. 1 ... 9, where:

на фиг. 1 приведена основная схема газогенератора,in fig. 1 shows the main scheme of the gas generator,

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

на фиг. 3 приведена схема с двумя газогенераторами и двумя теплообменниками,in fig. 3 shows a diagram with two gas generators and two heat exchangers,

на фиг. 4 приведена схема управления газогенератора,in fig. 4 shows a gas generator control circuit,

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 с вибратором,in fig. 6 is a drawing of a grate with a vibrator,

на фиг. 7 приведен ид А на фиг. 6,in fig. 7 shows id A in FIG. 6,

на фиг. 8 приведен чертеж устройства закрутки потока,in fig. 8 is a drawing of a spin flow device;

на фиг. 9 приведен вид по В на фиг. 8.in fig. 9 is a view of B in FIG. eight.

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

наружный цилиндрический корпус 1,outer cylindrical housing 1,

средний цилиндрический корпус 2,middle cylindrical body 2,

внутренний цилиндрический корпус 3,inner cylindrical housing 3,

внешний кольцевой зазор 4.outer annular gap 4.

внутренний кольцевой зазор 5,internal annular gap 5,

теплоизоляция 6,heat insulation 6,

главная полость 7,main cavity 7,

исходное сырье 8,feedstock 8,

реактор 9,reactor 9,

сужающаяся часть 10,tapering part 10,

цилиндрическая часть 11,cylindrical part 11,

расширяющаяся часть 12,the expanding part 12,

кольцевой коллектор 13,ring collector 13,

внутренняя полость 14,internal cavity 14,

отверстия 15,holes 15,

внутренняя полость 16,inner cavity 16,

патрубок подвода воздуха 17air inlet pipe 17

верхний торец 18upper end 18

входное отверстие 19,inlet 19,

механизм загрузки 19loading mechanism 19

первый привод 20,first drive 20,

коллектор 22,collector 22,

внутренняя полость 23,internal cavity 23,

втулка 24,sleeve 24,

газовод 25,gas outlet 25,

первый нижний торец 26,first bottom end 26,

центральное отверстие 27,central hole 27,

колосниковая решетка 28,grate 28,

отверстия 29,holes 29,

зола 30,ash 30,

зольный отсек 31,ash compartment 31,

корпус 32,housing 32,

полость 33,cavity 33,

устройство выгрузки золы 34,ash discharger 34,

приемный бункер 35,receiving hopper 35,

механизм выгрузки 36,unloading mechanism 36,

второй привод 37,second drive 37,

боковая стенка 38,side wall 38,

твердые частицы 39,solid particles 39,

закручивающее поток устройство 40,spinner device 40,

кольцевое основание 41,ring base 41,

лопатки 42,vanes 42,

нижний торец 43,bottom end 43,

верхний торец 44,upper end 44,

труба сброса 45,discharge pipe 45,

управляемый клапан 46,controlled valve 46,

аварийный каталитический дожигатель 47,emergency catalytic afterburner 47,

теплообменник 48,heat exchanger 48,

фильтр тонкой очистки 49,fine filter 49,

вентиль 50,valve 50,

потребитель газа 51.gas consumer 51.

трубопровод подвода 52,supply pipe 52,

насос 53,pump 53,

трубопровод отвода 54,outlet pipe 54,

радиатор 55.radiator 55.

вентилятор 56,fan 56,

третий привод 57,third drive 57,

линия управления 58,control line 58,

блок управления 59,control unit 59,

линия контроля 60,control line 60,

контроллер датчиков 61,sensor controller 61,

газоанализатор 62,gas analyzer 62,

датчик температуры газогенераторного газа 63.gas generator temperature sensor 63.

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 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 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 - соединен с газоводом 25.In the upper part of the outer cylindrical housing 1 on its outer surface a collector 22 is made, the internal cavity 23 of which with sleeves 24 for the output of the hot generator gas communicates on the one hand with the inner annular gap 5, and on the other is connected to the gas supply pipe 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 торце среднего корпуса 2 установлена колосниковая решетка 28, в которой выполнены отверстия 29 для выхода золы 30 в зольный отсек 31. Зольный отсек 31 выполнен под колосниковой решеткой 28 и содержит корпус 32 и полость 33.At the end of the middle hull 2, the grate 28 is installed, in which holes 29 are made for the ash 30 to enter the ash compartment 31. The ash compartment 31 is made under the grate 28 and includes a housing 32 and a cavity 33.

Под зольным отсеком 31 выполнено устройство выгрузки золы 34 в приемный бункер 35 с механизмом выгрузки 36, имеющим второй привод 37.Under the ash compartment 31, a device for unloading ash 34 into a receiving bin 35 with an unloading mechanism 36 having a second drive 37 is made.

Колосниковая решетка 29 имеет боковую стенку 38 в форме усеченного конуса для сбора твердых частиц 39 (фиг. 1, и 5). Зола 30 собирается в зольном отсеке 31.The grate 29 has a truncated cone-shaped side wall 38 for collecting solid particles 39 (FIGS. 1 and 5). Ash 30 is collected in the ash compartment 31.

Во внутреннем кольцевом зазоре 5 происходит предварительная очистка газогенераторного газа.In the inner annular gap 5, pre-purification of the gas-generating gas takes place.

Внутри внутреннего корпуса 3 в его нижней части установлено закручивающее поток устройство 40, содержащее кольцевое основание 41 на котором установлены под углом к оси OO устройства лопатки 42.Inside the inner body 3, in its lower part, a swirling flow device 40 is installed, comprising an annular base 41 on which it is mounted at an angle to the axis OO of the device of the blade 42.

Средний и внутренний цилиндрические корпуса 2 и 3, внутренний кольцевой зазор 5 и закручивающее поток устройство 40 выполняют функцию системы предварительной очистки газогенераторного газа внутри газогенератора.The middle and inner cylindrical body 2 and 3, the inner annular gap 5 and the swirling flow of the device 40 perform the function of a system for pre-cleaning of the gas generator gas inside the gas generator.

Нижний торец 43 закручивающего поток устройства 40 расположен на расстоянии Н от верхнего торца 46 колосниковой решетки 29:The lower end 43 of the swirling device 40 is located at a distance H from the upper end 46 of the grate 29:

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

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

Н₀ - внутренняя высота среднего корпуса 2.H ₀ - the internal height of the middle housing 2.

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 afterburner of exhaust gases.

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: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:

Газообразный азот (N2) - воздух на 78% состоит из азота, и большая его часть проходит через двигатель.Gaseous nitrogen (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 45, содержащая управляемый клапан 46 аварийный дожигатель 47. Может быть применен каталитический дожигатель.Attached to vent 55 is a discharge pipe 45 containing a controlled valve 46, an emergency afterburner 47. A catalytic afterburner can be used.

К газоводу 25 присоединены последовательно теплообменник 49, фильтр тонкой очистки 49, управляемый клапан 50 и потребитель газа 51.A heat exchanger 49, a fine filter 49, a controlled valve 50 and a gas consumer 51 are connected in series to the gas guide 25 in series.

К теплообменнику 49 трубопроводами подвода 52 с насосом 53 и трубопроводом отвода 54 присоединен радиатор 55. Против радиатора 55 установлен вентилятор 56 с третьим приводом 57.A heat exchanger 55 is connected to the heat exchanger 49 by supply lines 52 with a pump 53 and a discharge pipe 54. A fan 56 is installed opposite the radiator 55 with a third drive 57.

К первому приводу 21, второму приводу 37, управляемым клапанам 46 и вентилю 50 присоедины линии управления 58.To the first actuator 21, the second actuator 37, controlled valves 46 and valve 50 are connected to the control line 58.

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 59, к которому линией контроля 60 присоединен контроллер датчиков 61, к которому линиями контроля 60 присоединены все датчики:FIG. 4 shows the control circuit of the power plant, which contains a control unit 59, to which the sensor controller 61 is connected to the control line 60, to which all sensors are connected to the control lines 60:

- газоанализатор 62, установленный на выходе из аварийного каталитического дожигателя 47,- gas analyzer 62, installed at the exit of the emergency catalytic afterburner 47,

- датчик температуры газогенераторного газа 63, установленный на выходе из теплообменника 48.- gas temperature sensor gas 63, installed at the outlet of the heat exchanger 48.

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

Колосниковая решетка 28 (фиг. 6 и 7) содержит боковую стенку 38, выполненную в виде усеченного конуса на которой собираются твердые частицы 39.The grate 28 (Fig. 6 and 7) contains a side wall 38, made in the form of a truncated cone on which solid particles 39 are assembled.

На фиг. 8 и 9 приведено закручивающее поток устройство 40. Оно содержит кольцквое основание 41, с внутренней стороны которого наклонно установлены лопатки 42. На фиг 8 видны лопатки 42, установленные под острым углом

к осевому направлению. Предпочтительно выполнить угол установки лопаток

В этом случая окружная составляющая вектора скорости будет максимальной. Лопатки с углом установки

менее 7° не технологичны, а при

более 15° окружная составляющая вектора скорости будет менее 90 0 от общего вектора скорости газового потока. На фиг 9 приведен вид В, где видны лопатки 42, установленные под острым углом

к радиальному направлению. Это дополнительно способствует закрутке потока газогенераторного газа. Устройство работает следующим образом (фиг. 1…9).FIG. 8 and 9 show the swirling flow of the device 40. It contains a ring base 41, from the inside of which the blades 42 are inclined.

to axial direction. It is preferable to perform the angle of the blades

In this case, the circumferential component of the velocity vector will be maximum. Blades with mounting angle

less than 7 ° not technological, and

more than 15 ° the circumferential component of the velocity vector will be less than 90 0 of the total velocity vector of the gas stream. FIG. 9 is a view B where the blades 42 mounted at an acute angle are visible.

to radial direction. This further contributes to the spin of the gas flow of the gas. The device works as follows (Fig. 1 ... 9).

Загружают исходное сырье 8 (фиг. 1) через механизм загрузки 20 в главную полость 7. Воспламеняют исходное сырье 8 (система воспламенения на фиг. 1…7 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 ... 7 is not shown).

В газогенератор 1 через патрубок подвода воздуха 17 подают исходное сырье 8 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 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 42 закручивающего поток устройства 40 он закручивается вдоль оси газогенератора ОО (фиг. 1 и 9). Центробежные силы отбрасывают твердые частицы 39 на периферию, и они по наклонной боковой стенке 38 колосниковой решетки 28 через отверстия 29 вместе с золой 30 сбрасываются в зольный отсек 31. Полученный газогенераторный газ сжигают в потребителе газа 51.The gas-generating gas flows into the inner annular gap 5, previously on the blades 42 of the swirling flow device 40 it twists along the axis of the OO gas generator (Fig. 1 and 9). Centrifugal forces discard the solid particles 39 to the periphery, and they are inclined by the inclined side wall 38 of the grate 28 through the holes 29 together with the ash 30 and dumped into the ash compartment 31. The resulting gas-generating gas is burned in the gas consumer 51.

Процесс сжигания ТО полностью автоматизирован. Контроль за работой всех систем установки осуществляют при помощи датчиков (фиг. 1 и 4):The process of burning MOT is fully automated. Monitoring the operation of all installation systems is carried out using sensors (Fig. 1 and 4):

- газоанализатора 62,- gas analyzer 62,

- датчика температуры газогенераторного газа 63.- gas generator gas temperature sensor 63.

Осуществляют контроль работы газогенератора и в зависимости от показаний этих датчиков и при помощи блока управления 59 подают сигналы на привода 21, 37 и управляемые клапаны 46 и 50.Monitor the operation of the gas generator and depending on the readings of these sensors and using the control unit 59, sends signals to the actuator 21, 37 and controllable valves 46 and 50.

При применении схемы с двумя и потребителями газа 51 (на фиг. 1…9 такой вариант не показан), один из потребитель газа 51 может быть отключен для профилактики, при этом работа газогенератора продолжается.When using a scheme with two and gas consumers 51 (in Figs. 1 ... 9, this option is not shown), one of the gas consumers 51 can be turned off for maintenance, while the gas generator continues to work.

В случае аварийной ситуации, например, при применении одного потребителя газа 51 или одновременном отказе всех потребителей газа 51 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 consumer of gas 51 or the simultaneous refusal of all consumers of gas 51, the gas generator continues to work 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 46 и газогенераторный газ сжигают в аварийном каталитическом дожигателе 47.To avoid this, open the controlled valve 46 and the gas generating gas is burned in the emergency catalytic afterburner 47.

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 47 (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 adjusted or the emergency catalytic 47 is changed (FIG. 1).

Применение изобретения позволило:The use of the invention allowed:

1. Уменьшить вредное воздействие на экологию окружающей среды за счет уменьшении выброса вредных веществ в атмосферу. Это достигнуто применением циклона, встроенного в газогенератор и аварийного дожигателя.1. Reduce the environmental impact of the environment by reducing the emission of harmful substances into the atmosphere. This is achieved by using a cyclone built into the gas generator and an emergency burner.

2. Уменьшить габариты и массу газогенератора за счет выполнения циклона внутри газогенератора, т. е совмещения двух агрегатов в одном.2. To reduce the size and weight of the gas generator due to the performance of the cyclone inside the gas generator, i.e. the combination of two units in one.

3. Обеспечить полную автоматизацию работы газогенератора на бытовых отходах любых ТБО за счет блока управления, контроллера датчиков, приводов и управляемых клапанов.3. To ensure the full automation of the gas generator on the household waste of any solid waste at the expense of the control unit, sensor controller, actuators and controlled valves.

4. Повысить КПД газогенератора за счет повышения температуры сгорания генераторного газа.4. To increase the efficiency of the gas generator by increasing the temperature of combustion of the generator gas.

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 газогенераторном газе при его очистке в три стадии: предварительной очистки, тонкой очистки и химической очистки в дожигателе,- reducing the content of tar and non-combustible impurities in the gas-generating gas during its purification in three stages: pre-cleaning, fine cleaning and chemical cleaning in the afterburner,

- 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 дожигателе.- afterburning of gas generator gas in an emergency afterburner.

Claims

1. Газогенератор, содержащий корпусы, 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, отличающийся тем, что газогенератор выполнен из трех корпусов: внешнего, среднего и внутреннего с кольцевыми зазорами между ними, при этом внешний кольцевой зазор заполнен теплоизоляционным материалом, внутри внутреннего цилиндрического корпуса в его нижней части установлено закручивающее поток устройство, к внутреннему кольцевому зазору присоединен входной кольцевой канал в нижней части и выходной коллектор с выходными отверстиями - в верхней части, сообщающими внутренний кольцевой зазор с полостью выходного коллектора, которая газоводом соединена с газоводом, а к газоводу присоединен трубой сброса через управляемый клапан аварийный дожигатель.1. Gas generator, comprising housings, loading device, main cavity in which the reactor is installed, ash compartment under the grate reactor and unloading device, air supply system to the gas generator, gas outlet, gas generating gas purification system, the outlet of which is connected to a consumer through a heat exchanger gas generating gas, characterized in that 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 heat A swirling flow device is installed inside the inner cylindrical housing in its lower part. An inlet annular channel in the lower part and an outlet collector with outlet openings in the upper part are connected to the inner annular gap. The inner annular gap is connected to the outlet cavity collector with a gas duct, and an emergency afterburner is connected to the duct by a controlled valve.

2. Газогенератор по п. 1, отличающийся тем, что закручивающее поток устройство выполнено в виде кольцевой решетки с лопатками, установленными на периферии с наклоном к оси газогенератора.2. The gas generator under item 1, characterized in that the swirling flow device is made in the form of an annular lattice with blades mounted on the periphery with a slope to the axis of the gas generator.

3. Газогенератор по п. 2, отличающийся тем, что лопатки установлены с наклоном к радиальному направлению.3. The gas generator under item 2, characterized in that the blades are installed with an inclination to the radial direction.

4. Газогенератор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что нижний торец закручивающего поток устройства расположен на расстоянии h от верхнего торца колосниковой решетки на расстоянии, определяемом из соотношения:4. The gas generator under item 1 or 2, characterized in that the lower end of the swirling device is located at a distance h from the upper end of the grate at a distance determined from the relationship:

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

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

5. Газогенератор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что он оборудован блоком управления, к которому линией контроля присоединен контроллер датчиков, и датчиками:5. The gas generator according to claim 1 or 2, characterized in that it is equipped with a control unit, to which a sensor controller is connected by a control line, and sensors:

6. Газогенератор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что колосниковая решетка выполнена кольцевой формы с боковой стенкой в форме усеченного конуса.6. The gas generator under item 1 or 2, characterized in that the grate is made of an annular shape with a side wall in the shape of a truncated cone.