PL227106B1 - Reaktor dolnociagowy dozgazowania biomasy iodpadów - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest reaktor dolnociągowy służący do zgazowania biomasy i odpadów, zwłaszcza z dużą zawartością węgla, który może mieć zastosowanie w energetyce odnawialnej wykorzystującej paliwo odnawialne do wytwarzania gazu generatorowego. Reaktor dolnociągowy składa się z komory (1) podgrzewania czynnika zgazowującego połączonej od góry z zasobnikiem (2) na wsad, a od dołu z komorą popiołu (5), w której to komorze (1) podgrzewania czynnika umieszczona jest płomienica (8) w kształcie dwóch ściętych stożków połączonych ze sobą wierzchołkami, tworząc przewężenie konstrukcyjne (9), a na samym dole komory (1) podgrzewania czynnika zgazowującego umieszczony jest obrotowy ruszt (15) z napędem. Po obwodzie płomienicy (8) zamontowany jest spiralny system rur (10) zakończonych dyszami umieszczonymi wewnątrz płomienicy (8), a w najszerszym miejscu dolnego stożka płomienicy (8) umiejscowiona jest poziomo opasująca komora (12) rozdzielcza czynnika zagazowującego, do której podłączona jest wlotowa rura (13) czynnika zgazowującego. Dysze są zamontowane w płomienicy (8) po kątem w zakresie 35-55° w stosunku do powierzchni płomienicy (8).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest reaktor dolnociągowy służący do zgazowania biomasy i odpadów, zwłaszcza z dużą zawartością węgla, który może mieć zastosowanie w energetyce odnawialnej wykorzystującej paliwo odnawialne do wytwarzania gazu generatorowego.

W powszechnie znanym i stosowanym reaktorze dolnociągowym do zgazowania biomasy i odpadów głównym elementem jest płomienica, która wykonana jest w postaci dwóch ściętych stożków połączonych wierzchołkami. Kąt nachylenia stożka jest tak dobrany, aby umożliwić grawitacyjne opadanie wsadu. Płomienica od góry połączona jest z komorą zasypową, do której wprowadza się wsad poprzez wlot podawania wsadu. Czynnik zgazowujący podaje się poprzez wlot czynnika zgazowującego za pomocą dysz umiejscowionych prostopadle do powierzchni płomienicy, zazwyczaj nad strefą utleniania, tuż nad przewężeniem konstrukcyjnym płomienicy. Otrzymany w wyniku zgazowania gaz odbiera się w dolnej części reaktora poprzez wylot gazu surowego. Popiół usuwa się z reaktora za pomocą rusztu obrotowego, a następnie za pomocą układu wybierania popiołu transportuje na zewnątrz reaktora.

Według wynalazku reaktor dolnociągowy do zgazowania biomasy i odpadów, składający się z komory podgrzewania czynnika zgazowującego połączonej od góry z zasobnikiem na wsad, a od dołu z komorą popiołu, w której to komorze podgrzewania czynnika umieszczona jest płomienica w kształcie dwóch ściętych stożków połączonych ze sobą wierzchołkami, tworząc przewężenie konstrukcyjne, która to płomienica wyposażona jest w dysze doprowadzające czynnik zgazowujący, a na samym dole komory podgrzewania czynnika zgazowującego umieszczony jest obrotowy ruszt z napędem, charakteryzuje się tym, że po obwodzie płomienicy zamontowany jest spiralny system rur zakończonych dyszami umieszczonymi wewnątrz płomienicy, a w najszerszym miejscu dolnego stożka płomienicy umiejscowiona jest poziomo opasująca komora rozdzielcza czynnika zagazowującego, do której podłączona jest wlotowa rura czynnika zgazowującego. Dysze są zamontowane w płomienicy po kątem w zakresie 35-55° w stosunku do powierzchni płomienicy.

Konstrukcja reaktora dolnociągowego do zgazowania biomasy i odpadów, według wynalazku, przez zastosowanie układu podgrzewania czynnika zgazowującego przepływającego przez komorę rozdzielczą i system rur z dyszami, znacznie podnosi sprawność reaktora zgazowania dzięki wymuszonemu obiegowi gazu generatorowego. Pozwala to na zmniejszenie strat poprzez obniżenie temperatury surowego gazu generatorowego, a podniesienie temperatury czynnika zgazowującego. Komora podgrzewania czynnika zgazowującego również podgrzewa przeponowo wsad, przyspieszając jego suszenie. Natomiast zastosowanie systemu dysz podających czynnik zgazowujący do płomienicy reaktora zapewnia równomierny rozkład czynnika zgazowującego w płaszczyźnie przekroju poprzecznego płomienicy. Taki równomierny rozkład czynnika zgazowującego zwiększa stopień konwersji biomasy poprzez eliminację zimnych części wsadu, co również zapobiega tunelowaniu, zawieszaniu oraz szlakowaniu wsadu.

Przedmiot wynalazku zostanie bliżej objaśniony na przykładzie wykonania uwidocznionym na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia reaktor w przekroju podłużnym w ujęciu schematycznym, fig. 2 przedstawia widok komory rozdziału czynnika zgazowującego połączonego z rurą wlotową tego czynnika.

Główną częścią reaktora dolnociągowego do zgazowania biomasy i odpadów jest komora 1 podgrzewania czynnika zgazowującego, która jest wykonana w postaci walca o średnicy D i długości około 1/3 wysokości całego reaktora. Komora 1 od góry jest szczelnie połączona z zasobnikiem 2 na wsad poprzez połączenie kołnierzowe 3 z uszczelnieniem, natomiast od dołu połączona jest uszczelnieniem kołnierzowym 4 i przekładką uszczelniającą z komorą popiołu 5. Zasobnik 2 współpracuje ze śluzą załadowczą składającą się z dwóch zasuw śluzowych, górnej 6 i dolnej 7, rozdzielonych zasobnikiem 2. Zadaniem śluzy załadowczej jest zapewnienie szczelności podczas podawania materiału wsadowego. Śluza załadowcza pracuje w sposób cykliczny, tzn. że wsad, poprzez otwarcie śluzy górnej 6, jest podawany do zasobnika 2, a następnie górna śluza 6 jest zamykana, a otwierana jest śluza dolna 7 i wsad wpada do szczelnego zasobnika 2 wsadu reaktora.

W komorze 1 podgrzewania czynnika zgazowującego umieszczona jest płomienica 8 w kształcie dwóch ściętych stożków połączonych ze sobą wierzchołkami. Nachylenie górnego stożka wynosi około 60° i jest tak dobrane, aby umożliwić swobodne grawitacyjne przemieszczanie wsadu, a jego długość stanowi około 2/3 długości całej płomienicy 8. W przewężeniu konstrukcyjnym 9 średnica d płomienicy 8 wynosi około 1/3 D i znajduje się w odległości 2/3 od górnej krawędzi płomienicy 8. Przewężenie konstrukcyjne 9 ma na celu zwiększenie temperatury w strefie utleniania, przez którą

PL 227 106 B1 przechodzi gaz. Powoduje to, że substancje smoliste ulegają rozkładowi termicznemu już w samym reaktorze. Przewężenie konstrukcyjne 9 można scharakteryzować stosunkiem średnic d/D. Optymalna wartość stosunku d/D jest zależna od rodzaju i sortymentu biomasy poddawanej zgazowaniu. Dolny stożek płomienicy 8 rozchyla się pod kątem około 60° i jego długość stanowi około 1/3 długości całkowitej płomienicy 8.

Po obwodzie płomienicy 8 zamontowany jest spiralny system stalowych rur 10 zakończonych dyszami 11 umieszczonymi wewnątrz płomienicy 8 i służących do podawania czynnika zgazowującego do płomienicy 8 poprzez dysze 11. Dysze 11 są zamontowane w płomienicy 8 pod kątem około a45° w stosunku do powierzchni płomienicy 8. Długość rur 10 jest tak dobrana, aby opasywały płomienice 8 po obwodzie. Dysze 11 są umiejscowione na obwodzie wewnątrz płomienicy 8 w odległości około 1/4 długości płomienicy 8 w górę od przewężenia konstrukcyjnego 9.

W najszerszym miejscu dolnego stożka płomienicy 8 umiejscowiona jest poziomo komora 12 rozdzielcza czynnika zgazowującego wykonana w kształcie podkowy i opasująca płomienicę 8. Rozdzielcza komora 12 służy do rozdziału czynnika zgazowującego do poszczególnych dysz 11, a każda z rur 10 służy do połączenia rozdzielczej komory 12 z odpowiadającą jej dyszą 11. Do komory 12 rozdziału czynnika zgazowującego podłączona jest wlotowa rura 13 czynnika zgazowującego, a wyżej do komory 1 podgrzewania czynnika zgazowującego podłączona jest wylotowa rura 14 gazu generatorowego surowego. Wylotowa rura 14 gazu generatorowego służy do wyprowadzenia surowego gazu generatorowego z reaktora do węzła oczyszczania gazu.

Na samym dole komory 1 podgrzewania czynnika zgazowującego zamontowany jest obrotowy ruszt 15 z napędem służącym do usuwania popiołów z procesu. Obrotowy ruszt 15 wykonany jest w postaci trzech tarcz 16 umiejscowionych jedna na drugiej. Każda z tarcz 16 ma inną średnicę, lecz tą samą grubość. Średnica pierwszej górnej tarczy 16 jest zbliżona do średnicy dolnego stożka płomienicy 8. Następna środkowa tarcza 16 umiejscowiona jest centralnie na tarczy 16 pierwszej i jej średnica jest o połowę mniejsza od średnicy tarczy 16 pierwszej. Trzecia, ostatnia tarcza 16 umiejscowiona jest centralnie na tarczy środkowej i jej średnica jest o połowę mniejsza od środkowej. Wszystkie tarcze 16 mają na całej powierzchni otwory 17 o średnicy około 15 mm służące do odprowadzania popiołu oraz umożliwiające wydostawanie się gazu generatorowego. Obrotowy ruszt 15 jest podparty w trzech punktach 18 na obwodzie. Punkty podparcia 18 stanowią ułożyskowane wały, na których końcach osadzone są koła zębate. Jedno z kół zębatych napędzane jest poprzez motoreduktor z przekładnią zębatą. Prędkość obrotowa rusztu 15 jest regulowana przez falownik i jest zależną od rodzaju i asortymentu wsadu.

Z komorą 1 podgrzewania czynnika zgazowującego poprzez połączenie kołnierzowe 4 i przekładkę uszczelniającą połączona jest komora popiołu 5 wykonana w postaci stożka, którego ścięty wierzchołek połączony jest z systemem usuwania popiołu. Średnica podstawy stożka jest równa D. System usuwania popiołu składa się z komory 19, w której umieszczony jest przenośnik ślimakowy 21 odbierający popiół z komory 5 na zewnątrz reaktora.

Zasada działania reaktora do zgazowania biomasy i odpadów według wynalazku jest następująca:

Wsad podaje się od góry poprzez śluzy załadowcze 6 i 7 do szczelnego zasobnika 2, a następnie grawitacyjnie przesuwa się w kierunku obrotowego rusztu 15 poprzez płomienicę 8 z przewężeniem konstrukcyjnym 9, gdzie po drodze poddaje się procesom nagrzewania i suszenia, pirolizy, spalania, redukcji aż do przekształcenia się w popiół i żużel. Ruch obrotowy rusztu 15 sprawia, że popiół opada na dno reaktora, skąd jest odprowadzany poprzez komorę wodną 19 wybierakiem ślimakowym 21. Czynnik zgazowujący doprowadza się przez wlot 13, a następnie przez komorę rozdzielczą 12 rozprowadza spiralnym systemem rur 10 do dysz 11 umieszczonych nad przewężeniem konstrukcyjnym 9 na obwodzie wewnątrz płomienicy 8 co 30°. Dysze 11 są ustawione pod kątem a = 45° względem powierzchni płomienicy 8. Dostarczony czynnik zgazowujący utleni w sposób częściowy doprowadzony wsad, a energia uzyskana w ten sposób przekształci pozostałą część paliwa stałego w gaz generatorowy.

Otrzymany gaz generatorowy przepływa współprądowo z kierunkiem przesuwającego się wsadu, a następnie poprzez otwory 17 w ruszcie 15 przedostaje się przez komorę i podgrzewania czynnika zgazowującego do wylotu 14. W komorze 1 podgrzewania czynnika zgazowującego gorący surowy gaz podgrzewa przeponowo powietrze dostarczane systemem rur 10 do dysz 11. Długość systemu rur 10 i ich spiralne ułożenie jest tak dobrane, aby maksymalnie wydłużyć drogę przepływu czynnika. W komorze 1 następuje obniżenie temperatury surowego gazu generatorowego, a podniesienie

PL 227 106 B1 temperatury czynnika zgazowującego przepływającego przez komorę rozdzielczą 12 i system rur 10 z dyszami 11. Możliwość innego kierunku przepływu gazu jest uniemożliwiona poprzez zabezpieczenie od dołu szczelnym układem odbierania popiołu w postaci wodnej komory 20, a od góry szczelną śluzą załadowczą wsadu w postaci dwóch zasuw śluzowych, górnej 6 i dolnej 7.

Claims (2)

1. Reaktor dolnociągowy do zgazowania biomasy i odpadów, składający się z komory podgrzewania czynnika zgazowującego połączonej od góry z zasobnikiem na wsad, a od dołu z komorą popiołu, w której to komorze podgrzewania czynnika umieszczona jest płomienica w kształcie dwóch ściętych stożków połączonych ze sobą wierzchołkami, tworząc przewężenie konstrukcyjne, która to płomienica wyposażona jest w dysze doprowadzające czynnik zgazowujący, a na samym dole komory podgrzewania czynnika zgazowującego umieszczony jest obrotowy ruszt z napędem, znamienny tym, że po obwodzie płomienicy (8) zamontowany jest spiralny system rur (10) zakończonych dyszami (11) umieszczonymi wewnątrz płomienicy (8), a w najszerszym miejscu dolnego stożka płomienicy (8) umiejscowiona jest poziomo opasująca komora (12) rozdzielcza czynnika zagazowującego, do której podłączona jest wlotowa rura (13) czynnika zgazowującego.

2. Reaktor według zastrz. 1, znamienny tym, że dysze (11) są zamontowane w płomienicy (8) po kątem w zakresie 35-55° w stosunku do powierzchni płomienicy (8).