Установка для термохимической переработки твердых горючих материалов методом пиролиза

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ ГОРЮЧИХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ ПИРОЛИЗА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт природопользования Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Лиштван Иван Иванович Фалюшин Петр Леонтьевич Тановицкий Владимир Иванович Дударчик Владимир Михайлович Бровка Геннадий Петрович Романенко Иван Иванович Нашкевич Игорь Степанович Смолячкова Елена Анатольевна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт природопользования Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Установка для термохимической переработки твердых горючих материалов методом пиролиза, содержащая блок подготовки, транспортирования и дозированной подачи горючих материалов с шнек-питателем и камерой нагрева шнек-питателя, бункер горючих материалов с дозатором, шнековый пиролизер с нагревателем дымовыми газами, коксоприемник, охладитель пиролизного газа, газогенератор на твердом топливе с дымососом и дымовой трубой, отличающаяся тем, что шнек пиролизера выполнен в виде двух отдельных деталей - полой винтовой спирали и полого цилиндрического сердечника, причем нагреватель пиролизера состоит из наружной кольцевой камеры и полости цилиндрического сердечника, которые расположены коаксиально, а наружная кольцевая камера и полость полого цилиндрического сердечника снабжены направляющими винтовыми лопастями. 72822011.06.30 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что полая винтовая спираль имеет переменное поперечное сечение, увеличивающееся от выгрузного к приводному концу. 3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что полая винтовая спираль имеет участки с различным шагом. 4. Установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что полая винтовая спираль по наружному и внутреннему диаметрам снабжена сквозными прорезями.(56) 1. Патент 2346023 1, МПК 10 53/02,23 5/027, 2009. 2. Патент 2100402 1, МПК 10 53/00,23 5/027. 3. Фалюшин П. Л., Дударчик В.М., Тановицкий В.И., Кожурин В.Н. Экспериментальная установка по термохимической переработке бурых углей и результаты ее испытаний. Природопользование. - Минск, 2009. Вып. 15. - С. 211-216. Настоящая полезная модель относится к области термохимической переработки твердых горючих ископаемых и других горючих материалов методом пиролиза с целью получения высококалорийных твердых и жидких продуктов, горючих газов и может быть использована для термохимической переработки бурых углей. Известна установка для пиролиза древесины, содержащая камеру пиролиза, сушильную камеру, конденсатор, газодувку, газогенераторную топку, камеру сгорания, горелочное устройство 1. Недостатком известного устройства является цикличность процесса пиролиза, увеличение длительности цикла, низкая эффективность процессов сушки и низкая степень утилизации конденсируемых газов. Низкая эффективность сушки обусловлена нагревом сушильного агента через промежуточный теплоноситель, а низкая степень утилизации газов вызвана тем, что часть пирогазов выбрасывается в атмосферу для обеспечения режима работы установки. Кроме того, смешение пиролизных и топочных газов в камере сгорания приводит к уменьшению их теплотворной способности. Известно устройство для транспортировки отходов как часть установки для швелевания-сжигания в пиролизном реакторе, содержащее вертикальную подводящую шахту, которая соединена с транспортным каналом, в котором расположен приводимый двигателем нагнетающий шнек. Транспортный канал входит в пиролизный реактор, в частности во вращающийся вокруг своей продольной оси барабан швелевания. Пиролизный реактор соединен со стороны входа с входной трубой, которая имеет меньшее поперечное сечение,чем пиролизный реактор, транспортный канал уплотнен на конце внутри входной трубы и расположен неподвижно. Корпус транспортного канала имеет некруглое поперечное сечение и питающий трубопровод проведен через пространство между входной трубой и транспортным каналом. Корпус транспортного канала может иметь многоугольное поперечное сечение, а входная труба снабжена на конце торцевым уплотнением. На входной трубе закреплена с возможностью скольжения камера для прохода топочного газа. Устройство транспортировки для загрузки или разгрузки отходов в или соответственно из вращающегося вокруг своей продольной оси пиролизного реактора снабжено закрепленной на пиролизном реакторе входной трубой, которая имеет меньшее поперечное сечение, чем пиролизный реактор и является вращаемой с пиролизным реактором вокруг его продольной оси, закрепленным на конце на входной трубе уплотнительным кольцом,заходящим во входную трубу, неподвижным транспортным каналом, закрепленным на внешнем периметре транспортного канала контркольцом для уплотпительного кольца и по меньшей мере одним питающим или выводящим трубопроводом, который идет снару 2 72822011.06.30 жи через пространство между корпусом с некруглым поперечным сечением транспортного канала и входной трубой внутрь пиролизного реактора. Горючие отходы из вертикальной подводящей шахты подаются в транспортный канал,который выполнен в виде желоба шнека. Транспортный канал входит в пиролизный реактор в виде вращающегося вокруг своей продольной оси барабана швелевания, который снабжен нагревательными трубами. Нагревательные трубы питаются топочным газом. Внутри неподвижного транспортного канала расположен загрузочный шнек. Вал шнека приводится в действие двигателем. Отходы во вращающемся барабане швелевания косвенно нагреваются посредством нагревательных труб топочным газом. Этот топочный газ направляется через неподвижный входной корпус для топочного газа в барабан швелевания. На торцевых стенках барабана закреплены нагревательные трубы. Для уплотнения подвижных соединений вращающегося швельбарабана с корпусами неподвижных входной и выходной камер установлены кольцевые уплотнения. Недостатком известного устройства является сложность конструкции вращающегося барабана швелевания, трудность и высокая стоимость обеспечения надежной плотности подвижных соединений вращающегося барабана с неподвижными узлами устройства 2. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к заявляемой установке является установка для термохимической переработки бурых углей. Установка содержит блок подготовки сырья, транспортировки и дозированной подачи в пиролизер, собственно пиролизер, блок отвода и сбора твердых продуктов пиролиза,блок отвода парогазовой смеси, включающий устройства охлаждения газов и конденсации жидкой фракции, газогенератор с дымовой трубой и дымососом. Пиролизер с внешним обогревом представляет собой цилиндрическую трубу с расположенным внутри нее шнеком, предназначенным для подачи сырья в зону реакции и выгрузки твердых продуктов пиролиза. Для отбора горючих газов в разных точках пиролизера установлены патрубки, соединенные с коллектором. Внешний обогрев шнекового пиролизера осуществляется горячими дымовыми газами,поступающими из жарового канала газогенератора. Образующиеся летучие продукты пиролиза поступают в циклон очистки газов от твердых частиц, в блок охлаждения, где отделяются от сконденсировавшейся жидкой фракции, и горючий газ поступает к потребителю (на сжигание). Твердые продукты из пиролизера поступают в коксоприемник 3. Недостатком известной установки является то, что нагрев сырья в пиролизере осуществляется только за счет тепла, подводимого через стенку корпуса шнекового пиролизера. Причем не обеспечивается равномерность нагрева по поперечному сечению пиролизера, т.к. температура верхней части выше, чем температура нижней части корпуса шнекового пиролизера. Кроме того, существует возможность прилипания сырья к поверхностям подвижных лопасти и вала шнека и по этой причине вращения сырья вместе со шнеком как одного целого. Это нарушает равномерность и стабильность осевого перемещения сырья в шнеке. Задачей настоящей полезной модели является увеличение поверхности нагревания пиролизера, обеспечение равномерности нагрева пиролизера по его поперечному сечению и по всей длине, повышение стабильности осевого перемещения сырья в шнеке и повышение производительности шнека. Эта задача решается за счет того, что в известной установке для термохимической переработки твердых горючих материалов, преимущественно бурых углей, методом пиролиза, содержащей блок подготовки, транспортирования и дозированной подачи горючих материалов с шнек-питателем и камерой нагрева шнек-питателя, бункер горючих материалов с дозатором, шнековый пиролизер с нагревателем дымовыми газами, коксоприемник,3 72822011.06.30 циклон очистки газов от твердых частиц, устройство конденсации, охладитель пиролизного газа, газогенератор на твердом топливе с дымососом и дымовой трубой, шнек пиролизера выполнен в виде двух отдельных деталей - полой винтовой спирали и полого цилиндрического сердечника, причем нагреватель пиролизера состоит из наружной кольцевой камеры и полости цилиндрического сердечника, которые расположены коаксиально, а наружная кольцевая камера и полость цилиндрического сердечника снабжены направляющими винтовыми лопастями. Полая винтовая спираль имеет переменное поперечное сечение, увеличивающееся от выгрузного к приводному концу и имеет участки с различным шагом. По наружному и внутреннему диаметрам полая винтовая спираль снабжена сквозными прорезями. Выполнение шнека пиролизера в виде двух отдельных деталей - полой винтовой спирали и полого цилиндрического сердечника позволяет увеличить поверхность камеры нагрева за счет внутренней полости цилиндрического сердечника и повысить за счет этого скорость и равномерность нагрева материала в пиролизере, повысить интенсивность процесса пиролиза. Наличие неподвижного полого цилиндрического сердечника способствует осевому перемещению материала в кольцевом шнековом канале и увеличению производительности шнека пиролизера, уменьшает налипание материала к поверхности полой винтовой спирали и проворачивание его вместе со спиралью. Известно, что осевое перемещение материала в шнеке происходит за счет сил трения материала о неподвижную поверхность кожуха шнека. Поэтому па практике предпринимаются различные меры по увеличению сил трения материала о неподвижную поверхность кожуха шнека (поверхность кожуха шнека выполняют ребристой, приваривают пластины, нарезают пазы и т.п.). В предложенной установке увеличение сил трения материала о неподвижные поверхности достигается за счет дополнительной наружной поверхности неподвижного полого сердечника. Наличие направляющих винтовых лопастей в наружной кольцевой камере и полости полого цилиндрического сердечника увеличивает время нахождения дымовых газов в нагревателе пиролизера за счет движения по винтовым каналам. Это увеличивает отдачу тепла дымовыми газами и равномерность нагрева материала по поперечному сечению пиролизера. Выполнение полой винтовой спирали с переменным поперечным сечением, увеличивающимся от выгрузного к приводному (загрузочному) концу, обеспечивает необходимые прочность и жесткость спирали. Приводной конец полой винтовой спирали нагружен максимальным крутящим моментом и поэтому имеет наибольшее поперечное сечение. Выполнение полой винтовой спирали с различным шагом позволяет обеспечить различное уплотнение материала и различное заполнение материалом шнекового канала. Наличие сквозных прорезей по наружному и внутреннему диаметрам полой винтовой спирали способствует быстрому отводу парогазовой смеси из зоны реакции. На фиг. 1 показана схема установки для термохимической переработки твердых горючих материалов методом пиролиза на фиг. 2 - продольный разрез пиролизера. Установка содержит блок 1 подготовки и подачи горючих материалов, вертикальный бункер 2 с дозатором 3 и регулируемым приводом 4, шнековый пиролизер 5, коллектор пиролизных газов 6, сборник 7 коксозольного остатка, циклон 8 очистки газов от твердых частиц, охладитель газов 9, газогенератор 10, дымосос 11 и дымовую трубу 12. Блок 1 подготовки и подачи горючих материалов содержит приемный бункер 13,шнек-питатель 14, привод 15 с регулируемой частотой вращения, теплоизолированный кожух 16 камеры 17 для обогрева шнека-питателя 14 дымовыми газами. Шнек-питатель 14 соединен с вертикальным бункером 2 посредством течки 18. 72822011.06.30 Шнековый пиролизер 5 содержит коаксиально расположенные полые цилиндры наружный 19, средний 20 и внутренний неподвижный полый сердечник 21. Полые цилиндры 19, 20, и 21 образуют наружную камеру нагревания 22, кольцевой шнековый канал 23 и внутреннюю камеру нагревания 24. Кольцевой шнековый канал 23 соединен с вертикальным бункером 2 через загрузочный люк 25, выполненный в среднем полом цилиндре 20. Внутри кольцевого шнекового канала 23 расположена полая винтовая спираль 26, которая соединена с регулируемым приводом 27 посредством цепных звездочек 28, 29 и цепи 30. Полая винтовая спираль 26 имеет переменное поперечное сечение, которое увеличивается от выгрузной к загрузочной части винтового шнекового канала 23. Шнековый канал 23 при помощи патрубков 31 соединен с коллектором пиролизных газов 6. Внутри наружной камеры нагревания 22 и внутренней камеры нагревания 24 установлены винтовые лопасти 32 и 33 для направления потоков дымовых газов. Шнековый канал 23 пиролизера соединен посредством течки 34 со сборником 7 коксозольного остатка со стороны выгрузки. Торцевая часть пиролизера снабжена дымоходом 35, который соединен с камерами нагревания 22 и 24. Камеры нагревания 22 и 24 соединены коллектором дымовых газов 36 с камерой обогрева шнек-питателя 14, дымососом 11 и дымовой трубой 12. Фильтр 8 очистки газов и коллектор 6 пиролизных газов снабжены предохранительными клапанами 37. Охладитель газов 9 снабжен вентилятором 38, трубой 39 для выхода пиролизного газа и трубой 40 для выпуска конденсата. Для удаления пара из зоны пиролиза 23, который интенсивно выделяется в первоначальный период нагрева материала, установлен паропроводной канал 41, который соединяет камеру 17 обогрева шнек-питателя 14 с дымососом 18 и дымовой трубой 12. Для обеспечения прохода пиролизного газа и пара полая винтовая спираль 26 по наружному и внутреннему диаметрам снабжена сквозными прорезями 42 и 43. Установка для термохимической переработки твердых горючих материалов методом пиролиза работает следующим образом. Горючий материал загружается в блок 1 подготовки и подачи горючих материалов через приемный бункер 13. Из него материал поступает в шнек-питатель 14. В шнекепитателе 14 горючий материал подогревается, подсушивается и дополнительно измельчается. Нагрев и подсушка осуществляются за счет тепла дымовых газов газогенератора 10,которые протягиваются через камеру 17 обогрева шнек-питателя 14 дымососом 11. Нагретый и подсушенный горючий материал подается через течку 18 в вертикальный бункер 2. Подача материала в вертикальный бункер 2 регулируется за счет изменения частоты вращения шнек-питателя 14 регулируемым приводом 15. Дозатор 3 обеспечивает равномерную подачу горючего материала в кольцевой шнековый канал 23 через загрузочный люк 25 в среднем полом цилиндре 20, не нарушая при этом герметичности пиролизера. Подача материала дозатором 3 регулируется за счет изменения частоты вращения привода 4. Рабочая зона пиролизера 5 представляет собой кольцевой шнековый канал 23, образованный средним цилиндром 20 и внутренним неподвижным полым цилиндрическим сердечником 21. Внутри кольцевого шнекового канала 23 вращается полая винтовая спираль 26 и перемещает материал в осевом направлении. Изменение частоты вращения винтовой спирали 26 осуществляется при помощи регулируемого привода 27. Это позволяет регулировать скорость процесса, направленно изменять количественный выход и качественный состав продуктов пиролиза. Изменяя время нахождения материала в зоне реакции и температуру пиролиза, можно получать пиролизный газ с высоким содержанием в его составе синтез-газа (2). 72822011.06.30 Нагрев материала в шнековом кольцевом канале осуществляется через стенки среднего цилиндра 20 и внутреннего полого цилиндрического сердечника 21. Тепло подается дымовыми газами из газогенератора 10. Движение дымовых газов из газогенератора 10 через дымоход 35, камеры нагревания 22 и 24 и далее через коллектор дымовых газов 36 и камеру нагревания 17 шнек-питателя 14 осуществляется при помощи дымососа 11. Отдав тепло, дымовые газы через дымовую трубу 12 выбрасываются в атмосферу. Движение дымовых газов в камерах нагревания 22 и 24 пиролизера направляется винтовыми лопастями 32 и 33, что увеличивает время нахождения дымовых газов в камерах нагревания и способствует равномерности нагревания материала по поперечному сечению шнекового канала. Температура дымовых газов, выходящих из газогенератора, изменяется за счет тяги и количества подаваемого первичного и вторичного воздуха и топлива. Пиролизный газ из кольцевого шнекового канала 23 через патрубки 31 поступает в коллектор пиролизных газов 6. Причем осевое движение пиролизного газа и пара в кольцевом шнековом канале 23 осуществляется через сквозные прорези 42 и 43 в полой винтовой спирали 26. Очистка пиролизного газа от твердых частиц осуществляется в циклоне 8. Далее газ поступает в охладитель 9 и трубу 39. Удаление конденсата осуществляется через трубу 40. Таким образом, использование предлагаемого технического решения позволяет повысить эффективность процесса пиролиза за счет увеличения поверхности нагревания пиролизера, обеспечения равномерности нагрева пиролизера и находящегося в нем материала по его поперечному сечению и по всей длине, повысить стабильность осевого перемещения материала в шнеке и производительность шнека. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6