Реактор газификации относится к области энергетического машиностроения, а именно к способам и устройствам для производства энергоносителей в виде горячей воды, пара и горючего синтез - газа для производства электроэнергии, тепла, холода, синтеза жидких углеводородов.

Известен «Газогенератор» по патенту RU N° 2303050 от 29.06.2006, опубликовано 20.07.2007, МПК C10J3/20, F23B99/00, 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.

Но данное устройство не обеспечивает получение газа теплотворной способностью выше 1560 ккал.

Наиболее близким техническим решением является реактор газификации по патенту RU N° 2360949 «Способ получения синтез-газа и реактор газификации для его осуществления» от 04.08.2008, опубликовано: 10.07.2009, МПК C10J3/32, C10J3/40, C10J3/68.

Реактор газификации, содержащий котел, с двумя, концентрично расположенными один в другом внутренним и внешним кожухами, выполненных 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. Но данное устройство обеспечивает двухстадийное получение газа теплотворной способностью не выше 1560 ккал, поскольку, снижению калорийности газа способствует горение излишне вырабатываемого синтез-газа в зоне горения первичной газификации, в виду того, что в составе синтез - газа уже присутствует большое количество азота, и 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 тоже 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.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение теплотворной способности вырабатываемого синтез - газа, без увеличения габаритов установки.

Задача решена за счет реактора газификации, содержащего водяной котел с верхней крышкой, с двумя, концентрично расположенными один в другом внутренним и внешним кожухами, выполненных в виде кольцевых теплообменных рубашек, с газоходом между ними, с верхним лопастным ворошителем сырья и подогреваемым усеченным конусом, зоны первичной газификации и регенерации газов, горелку, при этом, реактор дополнительно снабжен: системой нижнего ворошения и золоудаления, с верхним лопастным ворошителем, расположенным в подогреваемом усеченном конусе, закрепленным в корпусе герметично; теплосъемными водяными стержнями, расположенными в газоходе; зоной синтеза непредельных углеводородов, расположенной под корпусом усеченного конуса, и зоной синтеза метана, расположенной на входе в водяной котел газохода; сопло горелки расположено в герметичной полости между стенками конуса и его корпуса; реактор дополнительно снабжен воздухозаборной трубой со счетчиком газа и управляемой задвижкой с электроприводом.

Снабжение реактора газификации дополнительной системой нижнего ворошения, с верхним лопастным ворошителем, расположенным в подогреваемом усеченном конусе, закрепленном в корпусе, расположение сопла горелки в полости между стенками конуса и его корпуса, способствует дополнительному равномерному прогреванию реагента в конусе, что увеличивает химический коэффициент выхода горючих газов.

Расположение в газоходе тепло съемных водяных стержней, позволяет рационально использовать пространство водяного котла и увеличить площадь теплосъема, без увеличения габаритов самого реактора газификации. Снабжение реактора газификации дополнительно зоной синтеза непредельных углеводородов, расположенной под корпусом подогреваемого усеченного конуса, и зоной синтеза метана, расположенной на входе в газоход, водяного котла, позволяет полученный горючий газ в зоне регенерации, имеющий в своем составе в основном СО, С02 и Н2, синтезировать непредельные углеводороды и метан, повышая этим теплотворную способность синтез— газа в 1,5+2,5 раза.

Реактор газификации изображен на чертеже, где затвор 1 подачи топлива, верхняя крышка 2 реактора, датчики 3 верхнего уровня, датчики 4 нижнего уровня, система 5 верхнего ворошения, мотор-редуктор 6, фурмы 7, топливная камера 8, зона 9 первичной газификации, зона 10 регенерации, подогреваемый усеченный конус 11, горелка 12 с соплом, система 13 нижнего ворошения и золоудаления, верхний лопастной ворошитель 14, колосниковая решетка 15, зона 16 синтеза непредельных углеводородов, зона 17 синтеза метана, лопасти 18 сброса зольного остатка, мотор - редуктора 19, золоприемник 20, устройство золовыводящее 21, паровой котел 22, водяной котел 23, водяные стержни 24 теплосъемные, камера 25 подачи пара, камера 26 подогрева воздуха и смешения его с паром, фурмы 27 подачи пара, воздухозаборная труба 28, счетчик 29 газа, задвижка 30 с электроприводом, датчики 31 уровня горячей воды, корпус 32 конуса, теплоизоляционный материал «Корунд» 33, синтез - газ 34 потребителю, газоход 35, горячая вода 36 потребителю, полая труба 37 системы верхнего ворошения.

Реактор газификации выполнен следующим образом.

Реактор содержит водяной котел 23, с двумя, концентрично расположенными один в другом внутренним и внешним кожухами, выполненных в виде кольцевых теплообменных рубашек, с газоходом 35 между ними, с верхним лопастным ворошителем сырья 5 и подогреваемым усеченным конусом 1 1, зону первичной газификации 9 и зону 10 регенерации газов, горелку 12.

Реактор газификации снабжен верхней крышкой 2, с расположенным на ней затвором 1 подачи топлива, и мотор - редуктором 6, системы верхнего ворошения 5, расположенной под крышкой 2 в топливной камере 8.

К крышке прикреплены, два дублирующих датчика 3 верхнего уровня топлива разновеликой длины, два дублирующих датчика 4 нижнего уровня топлива, так же разновеликой длины.

В реакторе газификации под топливной камерой 8 расположены зоны горения, первичной газификации 9, зоны регенерации 10, расположенной в подогреваемой дымовыми газами конусе И, поступающими от сопла горелки 12. Фурмы 7 расположены, по периметру зоны 9 первичной газификации, и на полой трубе 37 системы 5 верхнего ворошения.

Реактор снабжен системой нижнего ворошения и золоудаления 13, содержащей верхний лопастной ворошитель 14, расположенный в подогреваемом усеченном конусе 11, установленными герметично в своем корпусе 32, под которым расположены колосниковая решетка 15 с мотор-редуктором 19 и лопастями сброса зольного остатка 18, золоприемник 20, золовыводящее устройство 21.

Зона 16 синтеза непредельных углеводородов, переходит в начале газохода 35 в зону синтеза метана 17, и далее потребителю в виде синтез - газа 34 .

В герметичную полость, образованную между стенками подогреваемого конуса 11 и его корпуса 32, подведено сопло горелки 12 для подогрева конуса И сгорающей газовоздушной смесью.

Водяной котел 23, с двумя, концентрично расположенными один в другом внутренним и внешним кожухами, выполненными в виде кольцевых теплообменных рубашек, с газоходом 35 между ними, снабжен: воздухозаборной трубой 28, с расположенным на ней счетчиком газа 29 и автоматически управляемой задвижкой 30 с электроприводом; камерой 25 подачи пара, камерой 26 подогрева воздуха и смешения его с паром, для осуществления паровоздушного дутья через фурмы 7 в зону 9 первичной газификации; фурмами подачи пара 27 в зону 16 синтеза непредельных углеводородов и в зону синтеза метана 31.

Водяной котел 23, снабжен дополнительными теплосъемными водяными стержнями 24, размещенными в газоходе 35, и датчиками уровня горячей воды 31.

Для осуществления теплоизоляции наружных поверхностей, реактор газификации покрывается теплоизоляционным материалом «Корунд» 33, одним антикоррозионным теплоизоляционным слоем, вторым классическим теплоизоляционным слоем, где каждый

1 мм слоя заменяет 50 мм традиционного теплоизоляционного материала. Внутренняя поверхность первичной зоны газификации футерована термозащитными материалами, обеспечивающими теплостойкость до 1800°С.

Реактор газификации работает следующим образом.

Топливо, для газификации подается через затвор 1 в топливную камеру и заполняет топливную камеру до срабатывания датчика верхнего уровня топливаЗ.

Мотор-редуктор 6, вращающийся по заданному алгоритму, приводит в движение систему 5 верхнего ворошения, которая своими лопастями, от затвора 1, верхней крышки

2 продвигает топливо через топливную камеру горения 8, со скоростью горения топлива. Когда топливо опускается до датчика нижнего уровня топлива 4, датчик срабатывает и происходит досыпка топлива в топливную камеру, до тех пор, пока не сработает датчик верхнего уровня топлива 3. Топливо проходит через зоны сушки, предварительного подогрева, в зону 9 первичной газификации, куда через фурмы 7 подают паровоздушную смесь.

В свою очередь, атмосферный воздух, необходимый для проведения процесса газификации, подают через воздухозаборную трубу 28 и полую трубу 37 системы верхнего ворошения. Количество воздуха регулируется счетчиком газа 29, управляющим автоматически задвижкой 30 с электроприводом.

По воздухозаборной трубе 28, воздух поступает в камеру 26 подогрева воздуха и смешивается с паром, поступающего из камеры 25 подачи пара. В свою очередь пар, вырабатываемый в паровом котле 22 через фурмы подачи пара 27, подается камеру 25 подачи пара. Пар в паровом котле 22 образуется при подаче в него горячей воды, вырабатываемой в водяном котле 23, и регламентируемой датчиком 31 уровня горячей воды.

Топливо, попадая в зону 9 первичной газификации, или иначе зону первичного горения, где окислителем выступает паровоздушная смесь поступающая из фурм 7, и где в условиях недостатка кислорода, то есть не полного окисления углерода топлива, протекает авто термическая реакция окисления, водорода, серы и углерода, с температурой процесса не превышающей 1450° С, что позволяет уменьшить образование оксидов азота, химическая реакция выглядит следующим образом:

С + 02 = С02 +N2 + CI; Н2 +0,5 02 = Н20 +N2; S + 02 = S02 +N2.

В виду того, что реакция протекает с недостатком кислорода, не окисленный углерод выпадает в виде углерода топлива в зону 10 регенерации, в подогреваемый конус 1 1.

Зона регенерации 10, находящаяся внутри подогреваемого конуса 1 1, для дополнительного нагрева выпавшего углерода топлива, подогревается дымовыми газами, образующимися при сгорании газовоздушной смеси, полученной из излишков вырабатываемого синтез - газа и сгоревшей в горелке 12, расположенной в полости, находящейся между стеной корпуса 32 и стенкой подогреваемого конуса 11.

Система 13 нижнего ворошения и золоудаления, с мотором - редуктором 19 и верхним лопастным ворошителем 14, перемешивает находящийся в подогреваемом конусе 11 в зоне регенерации 10 выпавший углерод топлива, откидывая его к подогреваемым стенкам конуса 11 и, одновременно способствует образовавшейся золе, через колосниковую решетку 15, падать на днище парового котла 22, где лопастями 18 сбрасывается в золоприемник 20, и удаляется золовыводящим устройством 21.

Образующиеся негорючие газы в зоне первичной газификации 9 принудительно отсасываются и протягиваются через не окисленный слой углерода топлива в зоне 10 регенерации, где восстанавливается до состояния горючих газов, СО, Н2, мизерной доли СН4. В зоне 10 регенерации реакция протекает с поглощением тепла, в результате чего газ резко охлаждается до температуры 350-*- 500° С, мгновенно проскакивая температуры восстановления токсинов.

Далее, газы, выходя из зоны регенерации 10, попадает в зону 16 синтеза непредельных углеводородов, обусловленной технологическими параметрами, температурой газа на данном участке, скоростью газа, дополнительным паровым дутьем, давлением, где газ резко теряет скорость, до скорости витания частиц размером менее 50- ти микрон, так как попадает в зону расширения. С потерей скорости, температура газа также падает, доходя до температуры синтеза непредельных углеродов. Недостаток водорода, необходимый для синтеза, подается через паровые фурмы 27 от парового котла 22, в виде пара.

Далее газ, проходя через зону 17 образования метана, где его температура достигает температуры синтеза метана, а пары воды, образовавшиеся в зоне 16 синтеза непредельных углеводородов, в свою очередь способствуют поставке водорода для протекания реакции, одновременно газ очищается от механических примесей.

Тепло, выделяющееся в реакции получения метана, отбирается паровым котлом 22, в который подается часть, нагретой до 90°С в водяном котле 23, воды.

Синтетический горючий газ 34 (далее синтез - газ), образовавшийся в четырех стадийной химической реакции, состоит из смеси газов, таких как СН4, СпНш, с небольшим количеством СО и С02 и N2, где азота не более 41%, а основной составляющей долей является метан, имеет теплотворную способность от 2000 до 4000 ккал/нм ³ ,.

Полученный синтез - газ 34 протягивается на выход, через газоход 35, отдавая тепло кольцевым теплообменным рубашкам водяного котла 23 и теплосъемным водяным стержням 24, позволяющим значительно увеличить площадь теплообмена и, за счет размещения в газоходе 35, сократить размеры реактора газификации. В газоходе 35 газ охлаждается до температуры начала конденсации смол и далее подается на очистку от смоловодяного конденсата.

Полученная из кольцевых теплообменных рубашек водяного котла 23 и теплосъемных водяных стержней 24 горячая вода, распределяется следующим образом, часть подается в паровой котел, где догревается до 114,7 ° С, а основная часть идет на нужды потребителя.

Техническим эффектом является повышение теплотворной способности вырабатываемого синтез-газа, без увеличения габаритов установки, за счет снабжения реактора дополнительно: системой нижнего ворошения, с верхним лопастным ворошителем, расположенным в усеченном конусе, закрепленным герметично в корпусе; теплосъемными водяными стержнями, расположенными в газоходе; зоной синтеза непредельных углеводородов, расположенной под корпусом подогреваемого усеченного конуса, и зоной синтеза метана, расположенной на входе в газоход водяного котла, и расположения сопла горелки в герметичной полости между подогреваемыми стенками конуса и его корпуса.