RU136800U1

RU136800U1 - SOLID FUEL GASIFIER

Info

Publication number: RU136800U1
Application number: RU2013122070/05U
Authority: RU
Inventors: Анатолий Васильевич Бессмертных; Виктор Михайлович Зайченко
Priority date: 2013-05-15
Filing date: 2013-05-15
Publication date: 2014-01-20

Abstract

Газификатор твердого топлива, включающий вертикальную реторту, в нижней части которой выполнено одно или несколько отверстий с примыкающими газоходами для вывода из реторты пиролизных газов, при этом газификатор содержит три не смешивающих среды теплообменника, в первом из которых греющей средой являются выходящие из реторты пиролизные газы, а охлаждающей средой является вода, во втором охлаждаемой средой являются пиролизные газы, выходящие из первого теплообменника, а нагреваемой средой являются газы рецикла, в третьем теплообменнике греющей средой являются пиролизные газы, выходящие из второго теплообменника, а нагреваемой средой является вода, газификатор содержит также емкость для золы с газоплотным шлюзовым затвором, отличающийся тем, что в состав газификатора входит устройство ввода в реторту пара, полученного в третьем теплообменнике и расположенное в емкости для золы в непосредственной близости над газоплотным шлюзовым затвором ниже отверстий для вывода из реторты пиролизных газов.A solid fuel gasifier, comprising a vertical retort, in the lower part of which one or more holes are made with adjacent flues for removing pyrolysis gases from the retort, while the gasifier contains three non-mixing heat exchanger media, in the first of which pyrolysis gases leaving the retort are heating medium, and the cooling medium is water, in the second cooled medium are the pyrolysis gases leaving the first heat exchanger, and the heated medium are the recycle gases, in the third heat exchanger The heating medium is pyrolysis gases leaving the second heat exchanger, and the heated medium is water, the gasifier also contains a ash container with a gas tight lock gate, characterized in that the gasifier includes a device for introducing steam from the third heat exchanger into the retort and located in ash containers in the immediate vicinity of the gas tight lock gate below the holes for the output of pyrolysis gases from the retort.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к использованию твердых топлив, в частности низкосортных углей, торфа, промышленных и твердых бытовых отходов, в энергетике для получения газообразного моторного и печного топлива, а также в органическом синтезе.The proposed utility model relates to the use of solid fuels, in particular low-grade coals, peat, industrial and municipal solid waste, in the energy sector to produce gaseous motor and furnace fuels, as well as in organic synthesis.

Известно устройство термической переработки материалов растительного происхождения, включающее герметичную камеру, расположенную внутри теплоизоляционного слоя с зазором между ними, в котором движется теплоноситель для нагрева пиролизуемого материала через стенку камеры. Устройство включает также отверстие с примыкающим к нему газоходом для подачи в реторту нагретого в теплообменнике выше 150°C природного газа и участок разделения природного газа от пирогазов, выделяющихся при пиролизе (RU, патент 2105034, МПК 6 С10В 53/02).A device is known for thermal processing of materials of plant origin, including a sealed chamber located inside a heat-insulating layer with a gap between them, in which a coolant moves to heat the pyrolyzable material through the chamber wall. The device also includes an opening with a gas duct adjacent to it for supplying natural gas heated in a heat exchanger above 150 ° C to the retort and a section for separating natural gas from pyrogases released during pyrolysis (RU, patent 2105034, IPC 6 С10В 53/02).

Недостатком этого устройства является наличие участка разделения природного газа от пирогазов.The disadvantage of this device is the presence of a separation of natural gas from pyrogas.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является устройство конверсии гранулированных органических веществ в газообразное топливо, включающее вертикальную реторту с возможностью выхода пирогазов в нижней части реторты, снабженную днищем с отверстиями, в нижней части реторты над днищем выполнено одно или несколько отверстий с примыкающими газоходами для вывода из реторты пиролизных газов, устройство содержит три не смешивающих среды теплообменника, в первом из которых греющей средой являются выходящие из реторты пиролизные газы, а охлаждающей средой является вода, во втором охлаждаемой средой являются пиролизные газы, выходящие из первого теплообменника, а нагреваемой средой являются газы рецикла, в третьем теплообменнике греющей средой являются газы, выходящие из второго теплообменника, а также емкость для золы через отверстия в днище с газоплотным шлюзовым затвором, внутри которой расположен теплообменник охлаждения золы и нагрева воздуха (RU 115353, МПК С10В 53/00; F23G 5/00, прототип).Closest to the proposed utility model is a device for the conversion of granular organic substances into gaseous fuel, including a vertical retort with the possibility of pyrogas exiting at the bottom of the retort, equipped with a bottom with holes, one or more holes with adjacent gas ducts are made in the bottom of the retort above the bottom for output from pyrolysis gas retorts, the device contains three non-mixing heat exchanger media, in the first of which pyrolysis gases leaving the retort are the heating medium the basics, and the cooling medium is water, in the second cooled medium are the pyrolysis gases leaving the first heat exchanger, and the heated medium are the recycle gases, in the third heat exchanger the heating medium is the gases leaving the second heat exchanger, and also the ash tank through the openings in the bottom with a gas tight lock gate, inside of which there is a heat exchanger for ash cooling and air heating (RU 115353, IPC С10В 53/00; F23G 5/00, prototype).

Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:

1. Необходимость изготовления днища реторты из жаропрочных материалов.1. The need to manufacture the bottom of the retort from heat-resistant materials.

2. Низкая интенсивность теплообмена в теплообменнике охлаждения золы. В результате для обеспечения работоспособности шлюзового устройства с разгружателем, через которое происходит выгрузка зольного остатка газификации, необходимо предпринимать дополнительные меры, например, водяное охлаждение с применением жаропрочных материалов, что усложняет и удорожает систему.2. Low heat transfer rate in the ash cooling heat exchanger. As a result, to ensure the operability of a lock device with a unloader through which the ash residue of gasification is unloaded, additional measures must be taken, for example, water cooling using heat-resistant materials, which complicates and increases the cost of the system.

Предлагаемая полезная модель решает техническую задачу устранения из конструкции реторты днища с отверстиями, а также интенсификации охлаждения зольного остатка, что обеспечивает функционирование системы выгрузки без применения дорогостоящих материалов и специального охлаждения.The proposed utility model solves the technical problem of eliminating the bottom with holes from the retort design, as well as intensifying the cooling of the ash residue, which ensures the functioning of the discharge system without the use of expensive materials and special cooling.

Поставленная техническая задача решается тем, что газификатор твердого топлива, включающий вертикальную реторту, в нижней части которой выполнено одно или несколько отверстий с примыкающими газоходами для вывода из реторты пиролизных газов, содержит три не смешивающих среды теплообменника, в первом из которых греющей средой являются выходящие из реторты пиролизные газы, а охлаждающей средой является вода, во втором охлаждаемой средой являются пиролизные газы, выходящие из первого теплообменника, а нагреваемой средой являются газы рецикла, в третьем теплообменнике греющей средой являются пиролизные газы, выходящие из второго теплообменника, а нагреваемой средой является вода, газификатор содержит также емкость для золы с газоплотным шлюзовым затвором, отличающийся тем, что в состав газификатора входит устройство ввода в реторту пара, полученного в третьем теплообменнике и расположенное в емкости для золы в непосредственной близости над газоплотным шлюзовым затвором ниже отверстий для вывода из реторты пиролизных газов.The stated technical problem is solved in that the solid fuel gasifier, including a vertical retort, in the lower part of which one or more holes are made with adjacent gas ducts for withdrawing pyrolysis gases from the retort, contains three non-mixing heat exchanger media, in the first of which the heating medium is leaving retorts are pyrolysis gases, and the cooling medium is water, in the second cooled medium are pyrolysis gases leaving the first heat exchanger, and the heated gases are rec icle, in the third heat exchanger the heating medium is pyrolysis gases leaving the second heat exchanger, and the heated medium is water, the gasifier also contains a ash container with a gas tight lock gate, characterized in that the gasifier includes a device for introducing into the retort the steam obtained in the third heat exchanger and located in the ash container in the immediate vicinity of the gas tight lock gate below the holes for the output of pyrolysis gases from the retort.

Сущность предлагаемой полезной модели иллюстрируется схемой, показанной на фиг.1. В качестве примера твердого топлива, не ограничивающего сущность полезной модели, принята древесная щепа с исходной влажностью 40%. Расходные и температурные показатели газо-материальных потоков указаны на схеме из расчета материальных и тепловых балансов. Для других исходных веществ, отличающихся от древесной щепы содержанием элементов в горючей массе, эти показатели будут несколько другими.The essence of the proposed utility model is illustrated by the circuit shown in figure 1. As an example of solid fuel, not limiting the essence of the utility model, wood chips with an initial moisture content of 40% were adopted. Consumption and temperature indicators of gas-material flows are indicated in the diagram from the calculation of material and heat balances. For other starting materials that differ from wood chips in the content of elements in the combustible mass, these indicators will be slightly different.

Устройство содержит расходный бункер 1, сушилку 2 с газоплотным шлюзовым затвором 3, карбонизатор 4, вертикальную реторту 5 с отверстиями 6 и 7 ввода перегретого пара и вывода пиролизных газов соответственно, емкость золы 8 с устройством ввода пара 9 и газоплотным шлюзовым затвором 10, теплообменник 11 нагрева газов рецикла, теплообменник 12, теплообменник 13. Для целей обеспечения электроэнергией внутренних и внешних потребителей может устанавливаться газопоршневая машина ГПМ (на фиг.1 не пронумерована). Газогенератор снабжен запорно-регулирующей арматурой, пылеулавливающим и тяго-дутьевым оборудованием.The device comprises a feed hopper 1, a dryer 2 with a gas tight lock gate 3, a carbonizer 4, a vertical retort 5 with openings 6 and 7 for introducing superheated steam and output of pyrolysis gases, respectively, an ash capacity 8 with a steam input device 9 and a gas tight lock gate 10, a heat exchanger 11 gas recycle heating, heat exchanger 12, heat exchanger 13. For the purpose of providing electricity to internal and external consumers, a gas piston machine GPM can be installed (not numbered in Fig. 1). The gas generator is equipped with shut-off and control valves, dust removal and draft equipment.

Газогенератор работает следующим образом. Из сушилки 2 подсушенный гранулированный материал, например, древесная щепа с влажностью 8-12% подается через газоплотный шлюзовой затвор 3 в карбонизатор 4. В карбонизаторе твердый материал нагревается до 400-450°C за счет теплоты газов рецикла, нагреваемых в теплообменнике 11. Твердый карбонизат поступает в реторту 5 вместе с газопаровой фазой. Реторта 5 обогревается продуктами сгорания части получаемых пиролизных газов в топке (на фиг 1 не пронумерована). По мере движения по реторте сверху вниз материал последовательно проходит стадию экзотермических реакций образования и конденсации полиядерных ароматических соединений с образованием структуры полукокса и кокса в диапазоне 500-750°C, затем конечную стадию эндотермических реакций диссоциации высокомолекулярных конденсирующихся углеводородов и реакций углерода кокса с диоксидом углерода и водяными парами при температуре 950÷1000°C. Образующиеся при пиролизе пары конденсирующихся смолистых соединения, фильтруясь через высокотемпературный слой, разлагаются с образованием в конечном итоге смеси неконденсирующихся газов, состоящей в основном из водорода и монооксида углерода. В этой зоне происходит «выгорание» углерода кокса в основном по эндотермическим реакциям С+Н₂О→СО+Н₂ и С+CO₂→2СО. Для обеспечение наибольшей полноты реакции газификации углерода в реторту через отверстие 6 вводится перегретый водяной пар, генерируемый в теплообменнике 12. Греющей средой в теплообменниках 11, 12 и 13 являются получаемые в результате газификации пиролизные газы, которые выводятся из реторты через отверстие 7.The gas generator operates as follows. From dryer 2, dried granular material, for example, wood chips with a moisture content of 8-12%, is fed through a gas tight lock gate 3 to carbonizer 4. In the carbonizer, solid material is heated to 400-450 ° C due to the heat of the recycle gases heated in the heat exchanger 11. Solid carbonizate enters retort 5 along with the gas-vapor phase. The retort 5 is heated by the combustion products of a part of the pyrolysis gas produced in the furnace (not numbered in FIG. 1). As the retort moves from top to bottom, the material successively passes through the stage of exothermic reactions of the formation and condensation of polynuclear aromatic compounds with the formation of the structure of semicoke and coke in the range 500–750 ° C, then the final stage of the endothermic reactions of dissociation of high molecular condensing hydrocarbons and reactions of coke carbon with carbon dioxide and water vapor at a temperature of 950 ÷ 1000 ° C. The pairs of condensing resinous compounds formed during pyrolysis, being filtered through a high-temperature layer, decompose with the formation of a mixture of non-condensable gases, which consists mainly of hydrogen and carbon monoxide. In this zone, coke carbon is “burned out” mainly by the endothermic reactions C + H ₂ O → CO + H ₂ and C + CO ₂ → 2CO. To ensure the greatest completeness of the carbon gasification reaction, the superheated steam generated in the heat exchanger 12 is introduced through the hole 6 through the hole 6. The heating medium in the heat exchangers 11, 12 and 13 are the pyrolysis gases resulting from gasification, which are removed from the retort through the hole 7.

Максимальная температура материала и выходящих из реторты газов ограничивается температурой размягчения золы. Чем выше температура термохимической обработки твердого топлива, тем выше степень конверсии энергии, аккумулированной в исходном топливе, в теплоту сгорания получаемых газов. В случае древесных отходов эта температура составляет не менее 950°C. Охлажденные в теплообменнике 13 газы нагнетаются газодувкой 14 в линии подачи газов в теплообменник 11, в топку системы обогрева реторты и потребителям, в т.ч., например, в газопоршневую машину. На этих линиях устанавливается регулирующая арматура и тяго-дутьевое оборудование. Для обеспечения работоспособности газоплотного затвора с разгружателем 10, внутри емкости 8, в которую ссыпается зольный остаток с высокой начальной температурой 950…1000°C, установлено устройство 9 ввода пара с температурой 110…120°C и избыточным давлением. Мелкодисперсный зольный остаток газификации твердого топлива имеет чрезвычайно высокую удельную поверхность, поэтому интенсивно охлаждается паром, обеспечивая температуру зольного остатка на входе в разгружатель, близкую к температуре поступающего пара. Этим обеспечивается работоспособность шлюзового затвора с разгружателем, изготовленным с использованием черного металла. Применение устройства ввода пара способствует увеличению степени преобразования энергии исходной биомассы, т.к. увеличивается степень «выгорания» углеродистого зольного остатка при реакции углерода с паром. Для обеспечения работоспособности газодувки 14 устанавливается пылеуловитель 15.The maximum temperature of the material and the gases exiting the retort is limited by the softening temperature of the ash. The higher the temperature of thermochemical processing of solid fuel, the higher the degree of conversion of energy accumulated in the original fuel into the heat of combustion of the resulting gases. In the case of wood waste, this temperature is at least 950 ° C. The gases cooled in the heat exchanger 13 are injected by a gas blower 14 in the gas supply line to the heat exchanger 11, into the furnace of the retort heating system, and to consumers, including, for example, a gas piston machine. These lines are equipped with control valves and draft equipment. To ensure the operability of the gas-tight shutter with a unloader 10, inside the container 8, into which the ash residue is poured with a high initial temperature of 950 ... 1000 ° C, a steam input device 9 with a temperature of 110 ... 120 ° C and overpressure is installed. The fine ash residue of gasification of solid fuel has an extremely high specific surface, therefore it is intensively cooled by steam, providing a temperature of the ash residue at the inlet to the unloader close to the temperature of the incoming steam. This ensures the operability of the lock gate with an unloader made using ferrous metal. The use of a steam input device increases the degree of energy conversion of the initial biomass, because the degree of “burnout” of the carbon ash residue increases during the reaction of carbon with steam. To ensure the operation of the gas blower 14, a dust collector 15 is installed.

Некоторые расчетные параметры пилотной установки конверсии древесной щепы с исходной влажностью 40% приведены ниже.Some calculated parameters of the pilot plant for the conversion of wood chips with an initial humidity of 40% are given below.

ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ УСТАНОВКИBASIC SETTING INSTALLATION PARAMETERS

Расход исходной древесной щепы с влажностью 40%The consumption of the original wood chips with a moisture content of 40% 30 кг/ч30 kg / h Расход газов в топку системы обогреваGas consumption in the heating system furnace 17,55 нм³/ч17.55 nm ³ / h Расход газов на газопоршневую машинуGas consumption for a gas piston machine 18,81 нм³/ч18.81 nm ³ / h

КПД конверсии теплоты сгорания щепы в теплотуEfficiency of the conversion of the heat of combustion of wood chips to heat

сгорания газов у потребителяgas combustion at the consumer 0,70.7

Выходная электрическая мощность при коэффициентеOutput electric power at coefficient

преобразования тепловой энергии в электрическую 0,3conversion of thermal energy into electrical energy 0.3 16,8 кВт16.8 kW

Claims

A solid fuel gasifier, comprising a vertical retort, in the lower part of which one or more holes are made with adjacent flues for removing pyrolysis gases from the retort, while the gasifier contains three non-mixing heat exchanger media, in the first of which pyrolysis gases leaving the retort are heating medium, and the cooling medium is water, in the second cooled medium are the pyrolysis gases leaving the first heat exchanger, and the heated medium are the recycle gases, in the third heat exchanger The heating medium is pyrolysis gases leaving the second heat exchanger, and the heated medium is water, the gasifier also contains a ash container with a gas tight lock gate, characterized in that the gasifier includes a device for introducing steam from the third heat exchanger into the retort and located in ash containers in the immediate vicinity of the gas tight lock gate below the holes for the output of pyrolysis gases from the retort.