UA150465U - Пристрій для термічної переробки твердих відходів у генераторний газ - Google Patents

Abstract

Пристрій для термічної переробки твердих відходів у генераторний газ містить усередині теплоізольованого корпусу печі живильник, виконаний у вигляді вертикальної трубоподібної частини, верхня частина якої з'єднана із механізмом завантаження твердих відходів. Всередині живильника встановлено шахту видалення генераторних газів, що містить отвори для відведення генераторних газів та проходить через отвір у верхній частині корпусу печі. На зовнішній частині шахти коаксіально встановлено спіралеподібний механізм переміщення твердих відходів із конусною частиною, з'єднаний із механізмом вертикального переміщення, що виконаний із можливістю регулювання вихідного зазору між конусною частиною спіралеподібного механізму переміщення та живильником. Діаметр спіралеподібного механізму переміщення твердих відходів збільшується у напрямку нижнього трубоподібного кінця живильника. Нижня частина печі виконана у вигляді зрізаного конуса, що з'єднана із спіральним механізмом переміщення напівкоксу та золи. Нижня частина печі оснащена засобами подавання вихлопних газів, що виконані у вигляді щонайменше двох сопел, тангенціально встановлених у нижній частині печі не на одному рівні. Спіральний механізм переміщення напівкоксу та золи виконаний із можливістю подачі вказаної сировини вище рівня вершини зрізаного конуса печі та з'єднаний із робочою камерою криптолового нагрівача, до якої також під'єднані патрубок подачі перегрітої пари та патрубок відведення генераторного газу.

Description

Корисна модель належить до галузі теплоенергетики, а саме до пристроїв для термічної переробки твердих відходів у генераторний газ і може бути використана для утилізації відходів, зокрема деревних, із одночасним виробленням генераторного газу (синтез газу), що в значній частині містить азот і може бути використаний для теплопостачання, а також генераторного газу, що фактично не містить азот, і може бути використаний як паливо, наприклад двигунів внутрішнього згоряння тощо.

Використання існуючих на поточний момент значних запасів паливомістких твердих відходів та низькоякісного палива (ВОЕ палива, відходів лісозаготівельного, деревопереробного, гідролізного, сільськогосподарського та інших виробництв а також сланці, торф тощо) є альтернативою використанню значно більш дорогих джерел енергії, таких, як електроенергія, вугілля, нафтопродукти та природний газ. Газогенераторні установки дозволяють утилізувати зазначені низькоякісні паливні матеріали, які до цього часу використовуються у несуттєвих об'ємах. У подальшому технологічному ланцюгу означені установки можуть працювати з різним опалювальним устаткуванням: водогрійними і паровими котлами, водонагрівачами тощо, а також виробляти генераторний газ, що, наприклад, після стадії очищення може бути застосований як паливо для двигунів внутрішнього згорання тощо. Також слід відзначити, що подібні установки можуть бути виготовлені доволі компактних розмірів, що розширює їх галузь застосування і дозволяє використовувати їх як у побутових, так і у промислових масштабах.

Газогенераторні установки використовують простий і добре перевірений спосіб переробки твердого палива у газоподібне. На стадії газифікації паливо та кисень повітря, що подається у камеру газоутворення в обмеженій кількості, нагріваються розпеченим реактором і вступають між собою у реакцію. У результаті паливо розкладається на вуглець, водяну пару, смоли та масла. Подальша реакція між киснем і вуглецем забезпечує температуру, достатню для утворення окису вуглецю - головного горючого компонента генераторного газу. Смоли та масла розкладаються на гази, що містять водень, та деяку кількість метану. При цьому мінімальна теплотворна здатність газу зазвичай становить не менше, ніж 1100 Ккал/м".

Відомий реактор для переробки органічної сировини в паливні компоненти (патент РФ Мо 2275416, МПК Ст101Ї 05/48, Б230 5/027, опубл. 27.04.2006), що містить вертикально розташований циліндричний корпус, розташовану в корпусі циліндричну камеру газифікації з

Зо отвором для завантаження вихідної сировини та отвором для вивантаження кінцевих вуглецевмісних продуктів, патрубок для відведення парогазової суміші вуглеводнів, камеру підготовки газоподібного теплоносія з пальником та, щонайменше, дві камери введення газоподібного теплоносія в камеру газифікації. Крім цього, камера підготовки газоподібного теплоносія встановлена поза корпусом та з'єднана з кожною з камер введення газоподібного теплоносія зовнішніми трубопроводами.

До недоліків такого реактора можна віднести низьку ефективність його роботи, обумовлену тим, що внаслідок периферійної і/або канальної течії газоподібного теплоносія в камері газифікації відбувається нерівномірна теплова обробка органічної сировини. Також недоліком є значні втрати теплоти, обумовлені, з однієї сторони втратами тепла при підготовці газоподібного теплоносія поза корпусом і його транспортуванні зовнішніми трубопроводами до камер введення теплоносія, а з іншого боку - виникненням при подачі газоподібного теплоносія в камеру газифікації градієнтів температур, тобто і теплових потоків, спрямованих від осьової частини камери газифікації до периферійної, оскільки температура поверхні камери газифікації нижче температури сировини і газів всередині камери. Втрати теплоти в навколишнє середовище призводять до зменшення кількості тепла, необхідного для деструкції твердої органічної сировини. Ці недоліки призводять до збільшення часу реакції, зниження продуктивності реактора та погіршення якості кінцевих продуктів.

Відомий реактор для знешкодження та знищення твердих відходів |(патент РФ Мо 2201552,

МІК? Б23а 5/027, Б230 5/14, опубл. 27.03.2003), що містить вертикально розташований футерований циліндричний корпус, розміщену в корпусі циліндричну камеру газифікації з отвором для завантаження відходів та отвором для вивантаження кінцевих вуглецевмісних продуктів, патрубок для відведення парогазової суміші вуглеводнів, камери підготовки газоподібного теплоносія, обладнані пальниками, і розподільну камеру, виконану у вигляді кільцевого каналу, утвореного стінкою футерованого корпусу та стінкою камери газифікації, і з'єднану з камерами підготовки газоподібного теплоносія патрубком для підведення газоподібного теплоносія. Патрубок для відведення парогазової суміші вуглеводнів розташований у нижній частині камери газифікації, патрубок для підведення газоподібного теплоносія розташований у нижній частині розподільної камери, а розподільна камера у верхній частині обладнана патрубком для відведення газоподібного теплоносія. Крім цього, реактор обладнаний камерами підготовки газоподібного теплоносія для прямого нагрівання, які з'єднані патрубком з нижньою частиною камери газифікації.

Відома дослідна газогенераторна установка на деревному або торф'яному паливі з пароповітряним дуттям (патент РФ Мо 2225429 С1, МПК С1ОВ 53/08, С10у 3/02, С109 3/20, 10.03.2004, що розроблена для отримання дешевого газоподібного палива (генераторного газу) для енерготехнологічних установок. Відома установка має під'єднаний до колосникової решітки важільний пристрій з різьбою для оберту його на 90", що герметично під нахилом відходить від дна зольника і слугує для видалення залишків шлаку із колосникової решітки у зольник, під'єднаний ізольовано до смолозбірника металевий водозбірник з під'єднаною до газовивідної труби люка бункера і такою, що проходить паралельно газовивідній трубі через повітряний теплообмінник, газовідвідною трубою і з приєднаною до одного із люків повітропідвідного поясу паропідвідною трубою. Установка має також Г-подібну з'єднувальну газовідвідну трубу з люками для очищення, яка приєднана до газопідвідної та газовивідної трубок люка бункера, вогнетривкі керамічні фурми, що проходять крізь вогнетривкі цеглини та металеву стінку камери газифікації і пристиковані до металевих фурм повітропідвідного поясу, а також металеві теплообмінні перегородки, що розміщені усередині повітропідвідного поясу по спіралі і рівномірно подають у нього атмосферне повітря. Установка забезпечує зменшення температурного розігріву і корозії металевих фурм камери газифікації, має просту і надійну конструкцію механізму для видалення залишків шлаку з колосникової решітки, що обертається, у зольник.

Відома також дослідна установка для отримання генераторного газу із деревних та рослинних відходів (ДРВ) (патент РФ Мо 93026922 А, МПК С10 3/20, 27.01.1996), що містить камеру газифікації із вогнетривкої цегли, металевий бункер для ДРВ, що відходить від означеної камери, відцентровий вентилятор для подавання у пристрій атмосферного повітря, повітропідвідні та газовивідні труби, повітряний холодильник, що з'єднаний із газовивідною трубою і складається із металевих труб, зольник, колосникову решітку, що розміщена між камерою газифікації та зольником, люк з кришкою для завантаження ДРВ, що відходить від бункера, люк з кришкою для розпалу ДРВ, що відходить від камери газифікації, люк з кришкою для видалення шлаків, що відходить від зольника, теплоізоляцію із вогнетривкої цегли з

Зо газоходами навкруг камери газифікації і бункера. Пристрій доповнено опорним дном із товстостінної листової сталі, теплоізоляцією із вогнетривкої цегли з подвійними металевими стінками та повітроводами усередині них, водяним холодильником і смолозбірником, які розміщені між повітряним холодильником і циклоном, ущільнювальною кришкою, яка прикріплена до відігнутих країв металевої оболонки пристрою за допомогою болтів та гайок, між якими знаходиться прокладка із термостійкого полімеру, водопроводом, що під'єднаний до водяного холодильника та ущільнювальної кришки, трубами, що розміщені усередині бункера і проходять через цегляну кладку камери газифікації та слугують для відведення водяної пари із бункера у камеру газифікації. Вказані доповнення спрямовані на те, щоб використовувати тепло ефективно, забезпечити краще регулювання пароутворення у бункері і подачу водяної пари у активну зону камери газифікації що зменшує утворення оксидів азоту, прискорює процес газифікації і підвищує теплотворну здатність генераторного газу.

Найбільш близьким аналогом корисної моделі за технічною суттю та результатом, який може бути одержаний при його використанні, є пристрій для термічної переробки твердих відходів у генераторний газ (патент України Ме 23335 ), МПК г23В 90/00, г232 7/00, С10у З3/00, 25.05.2007), що містить усередині теплоіїзольованого корпусу печі зони відповідно завантаження, термолізу, сушіння і сухої перегонки, газифікації, відновлення, а також зону окислення, містить живильник для завантаження твердих відходів із бункера живильника у піч через отвір у верхній частині корпусу печі, причому нижня частина розміщеної у корпусі печі спіральної частини живильника насаджена на регулюючий конус-дозатор для оптимізації подавання твердих відходів із зони сушіння та сухої перегонки у зону газифікації, а також містить засіб для видалення із печі генераторних газів, що виконаний у вигляді шахти, яка має отвори для відведення генераторних газів і проходить через отвір у верхній частині корпусу печі, у нижній частині якого дно виконано у вигляді зрізаного конуса з направленою униз вершиною, з'єднаного із засобом для видалення відходів, виконаного у вигляді спірального дозатора видалення напівкоксу та золи, а також із засобом для подавання відповідно пари та газів у зону газифікації, який виконаний у вигляді сопел на дні печі, встановлених тангенціально, для подавання відповідно перегрітої пари та газів на псевдозрідження, причому сопло для подавання газів на псевдозрідження у зону газифікації з'єднано з вихлопним патрубком двигуна внутрішнього згорання, який працює на стаціонарне навантаження.

В процесі термічної переробки твердих відходів у вказаному пристрої отримують генераторний газ, що містить значну частину азоту, що може застосовуватись як джерело теплової енергії, наприклад, для опалювання приміщення (із застосуванням відповідних теплообмінників газ - вода тощо). Наявність значної частини азоту (до 70 95) та СОг (до 15 95), навіть за умови проведення відповідного очищення, не дозволяє використовувати вказаний газ як паливо, наприклад, для живлення двигунів внутрішнього згоряння тощо. Він може використовуватись для генерації теплової енергії та потребує "підсвічування" при спалюванні.

В основу корисної моделі поставлена задача створити такий пристрій для термічної переробки твердих відходів у генераторний газ, який безперервно виробляє генераторний газ зі стабільними характеристиками за рахунок створення ефективних умов газифікації, який може бути застосований як для отримання теплової енергії, так і як паливо для, наприклад, двигунів внутрішнього згорання тощо.

Поставлена задача вирішується тим, що у пристрої для термічної переробки твердих відходів у генераторний газ, що містить усередині теплоїзольованого корпусу печі живильник, виконаний у вигляді вертикальної трубоподібної частини, верхня частина якої з'єднана із механізмом завантаження твердих відходів, всередині живильника встановлено шахту видалення генераторних газів, що містить отвори для відведення генераторних газів та проходить через отвір у верхній частині корпусу печі, на зовнішній частині шахти коаксіально встановлено спіралеподібний механізм переміщення твердих відходів із конусною частиною, з'єднаний із механізмом вертикального переміщення, що виконаний із можливістю регулювання вихідного зазору між конусною частиною спіралеподібного механізму переміщення та живильником, причому діаметр спіралеподібного механізму переміщення твердих відходів збільшується у напрямку нижнього трубоподібного кінця живильника, нижня частина печі виконана у вигляді зрізаного конуса, що з'єднана із спіральним механізмом переміщення напівкоксу та золи, при цьому нижня частина печі оснащена засобами подавання вихлопних газів, що виконані у вигляді щонайменше двох сопел, тангенціально встановлених у нижній частині печі не на одному рівні, згідно з корисною моделлю, спіральний механізм переміщення напівкоксу та золи виконаний із можливістю подачі вказаної сировини вище рівня вершини зрізаного конуса печі та з'єднаний із робочою камерою криптолового нагрівача, до якої також

Зо під'єднані патрубок подачі перегрітої пари та патрубок відведення генераторного газу.

Криптоловий нагрівач також може містити зовнішній сталевий та внутрішній графітовий електроди, встановлені коаксіально, між якими знаходиться шар криптолу, а також керамічні вставки, що утворюють дно та кришку нагрівача відповідно, при цьому отвір у внутрішньому графітовому електроді утворює робочу камеру криптолового нагрівача.

Механізм вертикального переміщення може бути виконаний із можливістю регулювання вихідного зазору між конусною частиною спіралеподібного механізму переміщення та живильником, щонайменше, у двох положеннях фіксації.

Виконання спіралеподібного механізму переміщення твердих відходів із діаметром, що збільшується у напрямку нижнього трубоподібного кінця живильника, а також з'єднання спіралеподібного механізму переміщення твердих відходів та конусної частини із механізмом вертикального переміщення дозволяє регулювати вихідний зазор між конусною частиною та живильником, за рахунок чого регулюють фракцію залишку твердих відходів, що після термолізу, зменшившись в об'ємі під час сушіння та перегонки, потрапляє у зону газифікації на псевдозрідження.

Тангенційно встановлені сопла для подавання газів у зону газифікації на псевдозрідження зв'язані з вихлопним патрубком двигуна внутрішнього згорання, який працює на стаціонарне навантаження, що у сукупності із іншими ознаками забезпечує створення у печі закрученого потоку вихлопних газів та сприяє утворенню ефективних умов для проходження процесу псевдозрідження і виділення твердих фракцій під час горіння відходів, а розміщення вказаних сопел не на одному рівні дозволяє регулювати час контакту вихлопних газів із твердими відходами, що також надає можливість створення оптимальних умов для процесів псевдозрідження, відновлення, газифікації, сушіння та сухої перегонки.

Було виявлено, що після обробки твердих відходів, напівкоксові залишки та зола можуть бути використані для подальшого вироблення генераторного газу, задля чого необхідно створити умови для контакту вказаної сировини із високотемпературним нагрівачем, що може бути застосований не тільки на виробництві, а і у побутових умовах. Таким нагрівачем, згідно з корисною моделлю, є криптоловий нагрівач, в якому, навіть за умови застосування побутового джерела живлення (220 В), можна швидко досягти температури, що сягає або навіть перевищує 1500-2000 "С (прикладом такого нагрівача може бути криптолова піч, розкрита в інтернет-

публікації "Коаксиальная криптоловая печь" що може бути знайдена за посиланням пЕрулимли. сс. ги/поде/86).

Також було виявлено, що підведення до робочої камери криптолового нагрівача сировини (напівкоксу та золи) разом із перегрітою парою дозволяє швидко наситити її водою без втрати теплової енергії, отриманої на попередніх етапах, за рахунок чого досягається швидке вивільнення генераторного газу, що фактично не містить азот і може бути застосований як паливо для двигунів внутрішнього згорання тощо.

Виконання спірального механізму переміщення напівкоксу та золи із можливістю подачі вказаної сировини вище рівня вершини зрізаного конуса печі, тобто знизу-вверх, сприяє ущільненню сировини, що подається в криптоловий нагрівач і дозволяє практично безперервно виробляти генераторний газ зі стабільними характеристиками.

Корисна модель пояснюється кресленням, на якому зображено схематичний вигляд пристрою для термічної переробки твердих відходів у генераторний газ, де: 1 - корпус печі разом із ізоляцією; 2 - кришка; З - механізм завантаження твердих відходів; 4 - привід; 5 - бункер для накопичення та завантаження твердих відходів; 6 - механізм вертикального переміщення; 7 - шахта видалення генераторних газів; 8 - живильник; 9 - спіралеподібний механізм переміщення твердих відходів; 10 - вихідний зазор між нижньою частиною живильника та спіралеподібним механізмом переміщення; 11 - отвори для відведення генераторних газів; 12 - засоби подавання вихлопних газів в зону газифікації; 13 - зона окислення; 14 - зона відновлення; 15 - зона газифікації; 16 - зона сушіння і сухої перегонки; 17 - зона термолізу; 18 - патрубок відведення генераторного газу, значну частину якого складає азот; 19 - спіральний механізм переміщення напівкоксу та золи; 20 - патрубок подачі перегрітої пари; 21 - робоча камера криптолового нагрівача; 22 - криптоловий нагрівач; 23 - патрубок відведення генераторного газу, що фактично не містить азоту; 24 - електроди криптолового нагрівача; 25 - криптол; 26 - конусна частина спіралеподібного механізму переміщення.

Пристрій працює наступним чином.

Всередину теплоізольованого корпусу печі 1 через кришку 2 за допомогою механізму завантаження твердих відходів 3, пов'язаного із приводом 4, завантажують відходи, переважно відходи деревообробної промисловості або будь-які подрібнені та сортовані від

Зо великогабаритних включень відходи, ВОЕ паливо, торф тощо. Живильник 8 переміщує відходи чи паливо у вигляді торфу чи тирси з бункера 5 живильника 8 у зону сушіння та сухої перегонки 16. Назустріч проходять гази вихлопу двигуна внутрішнього згорання і гази піролізу, що утворюються у зоні газифікації 15. Тим самим відбувається охолоджування продуктів піролізу і їх часткове очищення від смоли і золи. Спіралеподібний механізм переміщення твердих відходів У разом із конусною частиною 26, коаксіально встановлені на шахті видалення генераторних газів 7 із відповідним вихідним зазором 10 між конусною частиною 26 та нижньою частиною живильника 8 (де механізм вертикального переміщення 6, в процесі роботи, може фіксувати шахту видалення генераторних газів 7 у різних положеннях), оптимізують та регулюють фракцію подавання відходів із зони сушіння і сухої перегонки 16 у зону газифікації 15. Газифікація висушених відходів відбувається у псевдозрідженому шарі, створеному за допомогою засобів подавання вихлопних газів 12, що виконані у вигляді щонайменше двох сопел, тангенціально встановлених у нижній частині печі не на одному рівні, через які вихлопні гази від двигуна внутрішнього згорання із температурою 500-600 С, тиском 1-2 кгс/см і швидкістю близько 100 м/с надходять у зону газифікації 15. Габаритні розміри печі ії продуктивність залежать від секундної витрати вихлопних газів, густини відходів, що надходять у зону газифікації 15 і необхідної заданої міри газифікації відходів. Напівкоксові залишки і важкі мінеральні, металеві включення видаляються із зони газифікації 15 спіральним механізмом переміщення напівкоксу та золи 19.

Вказана сировина, що, по-суті, є залишком твердих відходів і утворена в процесі термічної обробки надходить знизу-вверх по спіральному механізму переміщення напівкоксу та золи в робочу камеру 21 криптолового нагрівача 22. Таким чином завантаження твердих відходів та продуктів їх переробки відбувається порційно, а процес газифікації йде безперервно. В робочу камеру 21 криптолового нагрівача 22 також подають перегріту пару через відповідний патрубок подачі перегрітої пари 20 і подають електричний струм на відповідні електроди 24, де перший електрод, як приклад, може бути виконаний зі сталі, а другий, розташований коаксіально першому електроду, - із графіту, всередині якого може бути виконано отвір, що являє собою робочу камеру криптолового нагрівача, де корпус, крім вказаних електродів 24, також складається із керамічних вставок, що утворюють кришку та дно, а також криптолу, що заповнює внутрішній простір корпусу, всередині якого і проходить графітовий електрод. Струм бо тече радіально між двома коаксіальними електродами 24, концентруючись біля внутрішнього графітового електрода, в результаті чого в робочій зоні криптолового нагрівача досягається температура, що сягає 1500-2000 С, в результаті чого утворюється генераторний газ, що фактично не містить азоту, який відводять через патрубок відведення генераторного газу 23, який може бути використаний як паливо для двигунів внутрішнього згорання тощо.

У корисній моделі процес газифікації здійснюється без надходження кисню, що зменшує небезпеку утворення шкідливих діоксинів, а оскільки параметри вихлопних газів дозволяють отримати перепад тиску для псевдозрідженого шару до 2 кгс/с, то висота зони газифікації 15 і висота зона сушіння і сухої перегонки 16 можуть досягати 2-ох метрів і при проходженні газів через такий шар відбувається практично повне очищення генераторних газів від сажі і смол.

Дослідні експерименти на пристрої для термічної переробки твердих відходів у генераторний газ, виконаному згідно з корисною моделлю, показали, що він здатен безперервно виробляти генераторний газ зі стабільними характеристиками, що може бути використаний як джерело теплової енергії та як паливо для, наприклад, двигунів внутрішнього згорання тощо.

Claims (2)

15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ

1. Пристрій для термічної переробки твердих відходів у генераторний газ, що містить усередині теплоіїзольованого корпусу печі живильник, виконаний у вигляді вертикальної трубоподібної частини, верхня частина якої з'єднана із механізмом завантаження твердих відходів, всередині 20 живильника встановлено шахту видалення генераторних газів, що містить отвори для відведення генераторних газів та проходить через отвір у верхній частині корпусу печі, на зовнішній частині шахти коаксіально встановлено спіралеподібний механізм переміщення твердих відходів із конусною частиною, з'єднаний із механізмом вертикального переміщення, що виконаний із можливістю регулювання вихідного зазору між конусною частиною 25 спіралеподібного механізму переміщення та живильником, причому діаметр спіралеподібного механізму переміщення твердих відходів збільшується у напрямку нижнього трубоподібного кінця живильника, нижня частина печі виконана у вигляді зрізаного конуса, що з'єднана із спіральним механізмом переміщення напівкоксу та золи, при цьому нижня частина печі оснащена засобами подавання вихлопних газів, що виконані у вигляді щонайменше двох сопел, Зо тангенціально встановлених у нижній частині печі не на одному рівні, який відрізняється тим, що спіральний механізм переміщення напівкоксу та золи виконаний із можливістю подачі вказаної сировини вище рівня вершини зрізаного конуса печі та з'єднаний із робочою камерою криптолового нагрівача, до якої також під'єднані патрубок подачі перегрітої пари та патрубок відведення генераторного газу. 35

2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що криптоловий нагрівач містить зовнішній сталевий та внутрішній графітовий електроди, встановлені коаксіально, між якими знаходиться шар криптолу, а також керамічні вставки, що утворюють дно та кришку нагрівача відповідно, при цьому отвір у внутрішньому графітовому електроді утворює робочу камеру криптолового нагрівача. 40 З. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що механізм вертикального переміщення, що виконаний із можливістю регулювання вихідного зазору між конусною частиною спіралеподібного механізму переміщення та живильником, має щонайменше два положення фіксації.