Систематизация ГАЗОГЕНЕРАТОРОВ И ИХ КОНСТРУКЦИИ
Газогенераторы классифицируются: по роду процесса — газогенераторы для получения воздушного газа, водяного газа, смешанного газа; по нраву слоя — газогенераторы с плотным слоем, со взвешенным слоем, с «кипящим» слоем; по давлению, при котором протекает газогенераторный процесс, — атмосферные газогенераторы, газогенераторы высочайшего давления; по степени механизации процесса — немеханизированные газогенераторы, полумеханизированные и механизированные.
Взвешенный слой горючего организуется в газогенераторах, созданных для газификации тонкодисперсного горючего. Таковой слой размещается в конической части газогенератора, при этом большие частички должны витать в узенькой части конуса, а маленькие — в широкой. Таким макаром, частички сепарируются в слое. В реальности наблюдается поступательно-возвратное движение частиц, т. е. происходит некое смешивание слоя.
«Кипящий» слой наблюдается при скоростях потока, выходящих за границы стойкости плотного слоя. «Кипение» связано с раздвижкой частиц горючего, что наращивает объем слоя в 1,5-3,0 раза. Движение частиц горючего (обычно маленьких — от 2 до 12 мм) припоминает движение кипящей воды, почему таковой слой и получил заглавие «кипящего».
В полумеханизированных газогенераторах крутящиеся колосниковые решетки производят равномерное и непрерывное удаление

Рис. 6-4.

шлаков без нарушения процесса газообразования. Ввиду этого удельная производительность и общая термическая мощность газогенераторов с механизированным удалением шлаков фактически в 1,5-2,5 раза больше газогенераторов с ручным обслуживанием (при иных равных критериях). Качество газа и к. п. д. таких газогенераторов также существенно выше.
Газогенератор с механизированным золоудалением характеризуется наличием металлической колосниковой решетки, укрепленной на металлической чаше (поддоне), которая приводится во вращение червячным механизмом. Примером таковой конструкции может служить газогенератор Гипромеза (рис. 6-4). Поддон II крутится на опорных роликах 10 (в других газогенераторах вращение поддона время от времени осуществляется на. железных шарах). Неспешное вращение колосниковой решетки I (0,2-2 об/ч) обеспечивает автоматическую ломку шлака и его удаление из чаши через гидравлический затвор , зачем служит шлакосбрасыватель. Газогенератор оснащен пароводяной рубахой 4, исключающей
налипание шлаков к внутренней поверхности шахты. Пароводяная рубаха соединена трубопроводами с паросборником. Вода бурлит в рубахе, и образующиеся пузырьки пара подымаются ввысь и сепарируются в паросборнике. Таким макаром, пароводяная рубаха, связанная с паросборником, по существу представляет собой паровой котел с естественной циркуляцией, интегрированный в газогенератор.

Рис. 6-5.

Пар давлением 1,2-1,6 атм., вырабатываемый в рубахе, употребляется для увлажнения дутьевого воздуха газогенератора.
Пароводяная рубаха питается умягченной водой от общезаводской хим водоочистки, созданной для подготовки питательной воды паровых котлов. Пароводяная рубаха снабжена контрольными люками 5. Загрузка горючего, его шуровка и пиковка выполняются вручную, вследствие чего, невзирая на механизированное шлакоудаление, генератор именуется полумеханизированным.
Шахта газогенератора, сделанная с помощью сварки из железных листов 1, опирается на лапы 2, установленные на фундаменте 3. Высшая часть шихты и крышка футерованы огнеупорным кирпичом. Отвод газа делается через патрубок 6 в крышке. Загрузка горючего делается с помощью загрузочной коробки 7, снабженной двойным затвором. Паровоздушная смесь подается под колосниковую решетку с помощью центральной трубы 8 с гидравлическим затвором 9.
Механизированные генераторы. В конструкции Гипромеза механизировано только шлакоудаление. Но при обслуживании газогенераторов нужно создавать и другие трудозатратные работы- шуровку, разрыхление и выравнивание верхнего слоя горючего. Имеются газогенераторы, в каких эти операции механизированы. На рис. 6-5 изображен таковой газогенератор.
Горючее в него загружается безпрерывно механическим питателем 4. Для разравнивания и рыхления верхнего слоя горючего имеется качающийся механический лом 6, бороздящий своим концом поверхность слоя. Потому что при всем этом происходит также и вращение шахты, то конец лома, качаясь, разрыхляет всю поверхность слоя. Понизу газогенератора имеется крутящийся поддон 7 с колосниковой решеткой. Он может крутиться вкупе с шахтой, но можно крутить шахту и затормозить поддон. Не считая описанного газогенератора, имеются механизированные газогенераторы с механическими граблями для шуровки и разравнивания слоя горючего и др.
Газогенераторы для топлив с высочайшей влажностью. Древесную породу и торф с влажностью, большей чем 30- 35%, газифицировать в обрисованных ранее газогенераторах нельзя. Вследствие недостаточной высоты шахты очень мокрое горючее не успевает довольно отлично приготовиться ,в высшей части газогенератора и опускается в зону газификации, имея огромное количество летучих веществ и даже воды. От этого температура в зоне восстановления понижается, что нарушает верный режим работы газогенератора. Качество газа оказывается низким также и за счет того, что летучие вещества, попадая в зону газификации, распадаются. Смола из легкой преобразуется в томную, вязкую, грязную сажей.
Для роста длительности пребывания мокроватого горючего в зонах подсушки и сухой перегонки устраивают -газогенераторы с высочайшей шахтой (рис. 6-6). Верхняя, более узенькая часть шахты именуется швель-шахтой. Общая высота слоя горючего составляет около 7 м. В таких газогенераторах можно газифицировать горючее с влажностью до 45-50%. Газ при всем этом выходит неплохого свойства, первичная смола не разлагается, и из нее можно получать ряд ценных веществ (смазочное масло, легкое горючее, оксибензолы и др.).
Рис 6-6.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ГАЗОГЕНЕРАТОРНЫХ УСТАНОВОК
Схема получения жаркого газа. Простая технологическая схема получения жаркого генераторного газа представлена на рис. 6-7; в ней осуществляется сухая чистка газа только от уноса и пыли в пылеуловителях, что обусловливает маленькую исходную цена строительства и наименьший расход материалов для производства оборудования.

Рис. 6-7.

В термическом отношении жаркий газ прибыльнее прохладного, потому что при потреблении его имеется возможность использовать физическое тепло газа. Не считая того, жаркий газ несет с собой огромное количество конденсирующихся горючих веществ (смол, скипидара, оксибензолов и т.д.), которые наращивают термическую ценность газа.
Недочетом схемы жаркого газа является ограниченность радиуса подачи газа потребителю, потому что при большой длине газопроводов
возможность использования физического тепла газа фактически отсутствует.
Не считая того, жаркий газ подается в сеть при маленьком давлении (20- 50 мм вод. ст.), а как следует, и с маленькими скоростями (4-8 м/сек); потому газопроводы получаются массивными, и для их ''производства требуется огромное количество металла.
Газопроводы загрязняются смолой и пылью из-за конденсации разных составляющих газа при его охлаждении. Газогенераторные станции жаркого газа работают правильно при расположении их в конкретной близости « потребителю.
На рис. 6-8 показана принципная схема установки газогенераторной станции жаркого газа с газодувкой, служащей для увеличения давления газа в газопроводе. В целях обеспечения надежности работы газодувки температуру газа перед ней следует понижать до 300° С (методом установки трубчатого котла-утилизатора, пар которого может быть применен для газификации либо на стороне). Эту схему может быть выполнить только при топливах, не выделяющих смолу, к которым относятся донецкие антрациты и некие сорта тощих углей, потому что при смолистых мокроватых топливах (дрова, торф, бурые угли) газопроводы и поверхность котла-утилизатора будут загрязняться смолой.
Схема получения прохладного газа из бессмольных топлив. Как сказано выше, фактически бессмольный газ может быть получен при газификации антрацита и коксика либо топлив, дающих смолу при газификации их в обращенных либо двузонных газогенераторах. Если в газе содержится сильно мало смолы, то задачка обработки газа в большинстве случаев сводится к чистке его от пыли, остыванию в целях освобождения от воды и компрессии до нужного давления. Более рациональной является схема: газогенератор — пылеотделитель — котел-утилизатор — скруббер — газодувка — каплеуловитель. Эта схема выходит методом прибавления в схему, изображенную на рис. 6-8, скруббера меж котлом-утилизатором и газодувкой и каплеуловителя после газодувки.
РИС 6.8
Схема без использования физического тепла газа показана на рис. 6-9. Газ из газогенератора поступает к стояку-охладителю (грубому очистителю), в каком промывкой водой из газа удаляется унос и пыль. Дальше газ поступает в скруббер, где совсем охлаждается и освобождается от воды. Обычно газ охлаждают до температуры 25-45° С. Из скруббера газ проходит через каплеуловитель, улавливающий взвешенные капельки воды, засасывается газодувкой и нагнетается в газопровод, идущий к потребителю. По мере надобности узкой чистки газа от пыли после газодувки устанавливается электрофильтр.
Вода, нужная для остывания, подается в стояки-охладители и скрубберы насосами. Грязная вода осветляется и отводится в водоемы либо в сточную канаву. В тех случаях, когда расход воды велик, а подача свежайшей воды ограничена, устраивается обратный (замкнутый) цикл воды, как это показано на рис. 6-9. Отработанная грязная вода собирается в отстойниках, где осветляется и частично охлаждается. Осветленная вода забирается насосами и подается для остывания в градирню либо в бассейн с разбрызгивающими соплами, после этого с помощью насоса она опять подается в стояки и скрубберы. Вследствие утрат воды из цикла из-за испарения ее в атмосферу и утечки нужна добавка в систему свежайшей воды. Шлам, образующийся в отстойниках и других сборниках грязной воды, временами удаляется. Если газ должен быть очищен от сероводорода, сооружается особая установка для сероочистки.
Схема получения прохладного газа при смолистых топливах.
РИС 6.9

Если газ по выходе из газогенераторов содержит существенное количество смолы, то предшествующая технологическая схема нерациональна, потому что произвести в ней довольно полное улавливание огромного количества смолы и отделить ее от воды очень проблемно.
Потому при газификации топлив, дающих смолу, применяется схема, изображенная на рис. 6-10. Отличительной особенностью ее является наличие специальной аппаратуры чистки газа от смолы, а конкретно электрофильтров либо дезинтеграторов.
Для более действенной работы, смолоочистителей температура газа перед ними должна быть на 10-15° С выше точки росы для газа, чтоб предупредить конденсацию в их воды и все таки обеспечить достаточную конденсацию смолы и малый объем газа.
Газ из газогенераторов направляется в стояки-охладители, в каких при промывке водой температура его снижается до 80-90°С.
Рис. 6-10
Сразу в стояках происходит осаждение части смолы и пыли. Потом газ поступает в смолоотделитель и дальше в скруббер (в большинстве случаев трехступенчатый), где совсем охлаждается и освобождается от воды и летучих фракций смолы; после чего он всасывается газодувкой, которая сжимает его до подходящего давления и нагнетает в сеть. Для улавливания капелек воды после газодувки инсталлируются каплеуловители. В нижней части трехступенчатого скруббера делается насыщение дутьевого воздуха водяными парами методом орошения воздуха жаркой водой, поступающей из верхней (газовой) части скруббера.
Описанная схема рациональна при применении газогенераторов со швель-шахтами для торфа либо древесной щепы, в каких смола выходит не разложенной, маловязкой, а унос, пыли относительно мал. В случае газификации каменных углей в газогенераторах без швель-шахты из-за сравнимо больших температур в зоне сухой перегонки (500-700° С) имеет место значимая степень разложения смолы. Унос и пыль, смешиваясь в смолоотделителях с вязкой смолой, очень затрудняют работу последних. Потому более оптимальным является установка сразу после газогенераторов циклонов для улавливания пыли и уноса.
ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЕ Методы ГАЗИФИКАЦИИ ТВЕРДОГО Горючего
Недочеты газогенераторов с плотным слоем. Присутствие мелочи в буром и каменном углях и антраците очень затрудняет процесс газификации: производительность газогенераторов миниатюризируется, возрастает унос, ухудшаются качество газа и другие характеристики работы.
В силу этого к размеру кусков горючего предъявляются жесткие требования, и перед подачей в газогенераторы оно подвергается просеиванию (грохочению), при котором время от времени значимая часть горючего отсеивается и направляется для использования, к примеру, в топках паровых котлов.
Другим недочетом газогенераторов с плотным слоем при газификации топлив при атмосферном давлении является их малая производительность, и на огромных предприятиях для ублажения потребности в газе нужно устанавливать 10-ки газогенераторов.
Принципиальной задачей является также увеличение теплоты сгорания генераторного газа, которая зависимо от сорта горючего и других причин при обыкновенной газификации, как было обозначено выше, равна 1000 — 1 600 ккал/м. куб. В ряде всевозможных случаев такая теплота сгорания является недостаточной исходя из убеждений требований, предъявляемых к газообразному горючему. Не считая того, транспорт малокалорийного газа из-за огромного содержания балласта очень дорог, далекое газоснабжение становится неэкономичным.
Ниже излагаются способы газификации, способные в той либо другой мере убрать обозначенные недочеты.
Газификация бурых углей в «кипящем» слое представляет собой способ получения огромных количеств технологического либо энергетического генераторного газа из тонкодисперсных бурых углей. В СССР метод газификации в кипящем слое был серьезно изучен в ряде научных институтов: в ГИАП ((Муниципальном институте азотной индустрии), ВТИ и др. Кипящий слой имеет место при скоростях потока воздуха и газов, выходящих за границы стойкости плотного слоя. Вращательно-пульсирующее движение частиц горючего при всем этом припоминает движение кипящей воды, почему таковой слой и именуется кипящим. При всем этом газовоздушный поток не циркулирует в слое, а прямоточно продувает его.
По опытам М. К. Письмен [Л. 6], основной чертой кипящего слоя является повышение объема слоя при продувке его воздухом, либо, по другому, повышение высоты слоя по сопоставлению с плотным слоем. На рис. 6-11 показана зависимость относительной плотности слоя от относительной скорости потока, представляющей собой отношение скорости потока, средней по всему сечению шахты, к критичной скорости витания отдельной частички, соответствующей для данной фракции. Из графика видно, что при обычном «кипении» слой возрастает в 1,5-3 раза по сопоставлению с плотным слоем.
РИС 6-11
Особенность кипящего слоя заключается в подвижности частиц в нем и в насыщенном смешивании частиц по всему слою, чем и отличается кипящий слой от взвешенного, где имеет место некая сепарация частиц по их крупности и удельному весу.
Исключение составляют газогенераторы с водянистым шлакоудалением, о чем сказано ниже.
Процесс газообразования в кипящем слое по исследованиям X. И. Колодцева, Н. А. Семененко и Л. Н. Сидельковского аналогичен газообразованию в плотном слое. Тут также имеется кислородная и восстановительная зона. Но эти зоны имеют в этом случае огромные по высоте размеры. Энергичное смешивание частиц сглаживает температуру слоя, а потому что эта температура значительна по величине, то происходит глубочайшее разложение товаров сухой перегонки и в газе содержится не достаточно смол, кислот и оксибензолов, что, с одной стороны, упрощает их чистку, но, с другой стороны, понижает теплоту сго¬рания газа.
Высочайшая удельная производительность газогенераторов разъясняется тем, что частички тонкодисперсного горючего в кипящем слое находятся в раздвинутом состоянии и совершают вращательно-пульсирующее движение в потоке воздуха и газа. Большая удельная поверхность горючего, энергичное обтекание частиц воздухом и газом, вращательно-пульсирующее движение частиц и их соударение обеспечивают неизменное «обновление» поверхности горючего (благодаря удалению с нее образовавшейся золы) и насыщенное течение реакций газообразования.
На рис. 6-12 показана конструкция промышленного газогенератора с кипящим слоем, созданного для газификации низкосортного горючего (бурый уголь, отходы углей и кокса различных марок).
Горючее, поступающее в газогенератор, подвергается подготовительной подготовке, заключающейся в подсушке до влажности Wр = 7-12% и в измельчении. Размер частиц горючего допускается 0,5-12 мм. Приготовленное горючее подается в приемный бункер газогенератора. Из бункера горючее шнеками безпрерывно подается на колосниковую решетку газогенератора.
Дутье подают через колосниковую решетку под таким давлением, что слой горючего приходит в движение, напоминающее кипение воды. Омываемые газовой средой маленькие частички угля бурно выделяют газы и могут просто перемешиваться. В плоскости колосниковой решетки имеется спиральная лопасть, выполняющая роль золоудалителя. Часть золы из генератора поступает в коробку и отсюда шнеком подается в сборник золы, откуда безпрерывно удаляется. Другая часть золы выносится потоком газа и улавливается в циклонных пылеуловителях.
Газогенератор работает на парокислородном дутье. Около 80% дутья поступает через колосниковую решетку и приблизительно 20% -через фурмы, расположенные выше слоя горючего. Делается это для того, чтоб можно было в некий мере прогазифицировать маленькие угольные
частички, обильно выносимые потоком газа из слоя.
Рис. 6-12

Для этой же цели газогенератор имеет огромную высоту. Давление дутья под колосниквой решеткой 3000 мм вод. ст. Давление в самом генераторе поддерживается около 2500 мм вод. ст. Температура парокислородной консистенции 85-100° С.
Пар в большенном количестве добавляется к кислороду либо воздуху, потому что температура слоя не должна быть выше 800—900° С. При завышенных температурах зола размягчается, частички горючего начинают слипаться и слой зашлаковывается. При низких температурах слоя степень разложения пара очень невелика (~0,2-0,3). При буром угле напряжение по нижней части шахты газогенератора составляет 1 750 кг/м2 • ч и поболее.
После газогенератора газ проходит через пылеуловитель и направляется к котлу-утилизатору, производящему пар с давлением 20 кгс/см2. Получаемый пар не только лишь покрывает все потребности газификации, да и употребляется для других целей.
После котла газ проходит чистку в батарейных циклонах и в дезинтеграторах и транспортируется в сеть.
Парокислородное дутье используется при выработке без азотного технологического газа. При выработке энергетического газа (к примеру, для газоснабжения газовых турбин либо промышленных печей) газогенераторы могут работать и на паровоздушном дутье, но качество газа при всем этом понижается. По данным ВНИГИ, проводившего тесты полупромышленного газогенератора с кипящим слоем на бурых углях (райчихинском, артемовском и бабаевском), теплота сгорания газа при паровоздушном дутье получена равной 1 000-1 100 ккал/м3 заместо 2 100-2 200 ккал/м* на парокислородном дутье, к. п. д. газифи¬кации при всем этом составляет 50-54%, а тепловой к. п. д. — 74-84%. К плюсам газогенератора с кипящим слоем относятся высочайшая производительность (один газогенератор может дать до 70 000 ж3 газа в час) и устойчивый режим работы. Недочетами являются: необходимость подготовительной сушки углей с большой влажностью, громоздкость сооружений из-за низкого съема газа с единицы объема газогенератора, огромное содержание пыли в газе, что усложняет чистку газа, низкая степень разложения пара и большой удельный расход кислорода.
Газификация горючего под высочайшим давлением. При больших давлениях в шахте газогенератора, кроме обыденных реакций, продуктами которых являются водород и окись углерода, протекают еще со значимой скоростью вторичные реакции образования метана при содействии водорода с углеродом горючего и окисью углерода:
Реакция образования метана протекает с резким сокращением объема газов, потому увеличение давления и способствует их протеканию. Повышение содержания метана в газе очень увеличивает его теплоту сгорания. После удаления из сырого газа значимой части двуокиси углерода (что просто достигается промывкой его под давлением) теплота сгорания газа при газификации под давлением 20 кгс/см2 добивается 4 000 ккал/м3 и выше и он может быть применен в качестве бытового газа.
Особенностью процесса газификации под давлением является возможность получения огромного количества, водянистых товаров высочайшего свойства.
При газификации горючего под давлением 20 кгс/см2 общий выход смолы приблизительно таковой же, как при полукоксовании данного горючего, а выход бензиновой фракции существенно больше, чем при полукоксовании. Повышение выхода бензина является следствием крекинг-смолы под давлением в присутствии водорода.
Газогенератор высочайшего давления схематически показан на рис. 6-13. Такие газогенераторы имеют внутренний поперечник шахты до 2,5 м. Для газификации могут быть применены также и тонкодисперсный уголь и отходы угля. Горючее подается в газогенератор из бункера через шлюзовой загрузочный аппарат с 2-мя затворами. Для удаления шлака из газогенератора применяется зольная шлюзовая камера.
В процессе газификации под давлением горючее проходит те же зоны, что и при обыкновенной газификации. Подсушка угля лимитируется отсутствием азота как теплоносителя, и потому бурый уголь должен подвергаться подготовительной сушке, а содержание воды в нем должно быть не выше 20-25%.
Напряжение шахты газогенератора при бурых углях составляет приблизительно 800-1 000 кг/м2-ч. Высочайшая производительность газогенераторов обеспечивается резким увеличением больших концентраций газов. Насыщенное течение реакций газообразования при высочайшем давлении позволяет понизить температуру слоя до 900-1 000° С и, таким макаром, избежать шлакования. Высочайшая зольность горючего (даже 30-40%) не является препятствием для этого метода газификации, если зола не шлакуется.
Возможность одновременного получения газа и ценных водянистых товаров при наименьшем расходе кислорода и использовании тонкодисперсного горючего (3-10 мм) составляет преимущество газификации под давлением. Недочетом этого, метода является большая сложность оборудования. Трудность производства оборудования и его высочайшая исходная цена затрудняют внедрение установок в индустрии, и таковой метод газификации в СССР не применяется.
Рис. 6-13.

Газогенераторы с водянистым шлакоудалением. Газогенераторы с водянистым шлакоудалением могут служить для получения воздушного генераторного газа из тощих углей, применимого для газоснабжения газовых турбин либо движков внутреннего сгорания. Подобные газогенераторы изучены X. И. Колодцевым во ВТИ, где в лабораторных критериях достигнуты нагрузки при газификации рядо¬вого антрацита до 1000 кг/м2-ч, а при газификации под маленьким давлением — до 1500 кг/м2-ч с улавливанием водянистого шлака в количестве до 95%. В данном случае целенаправлено воздух, идущий на газификацию, подогревать за счет тепла газа, выходящего из газогенера¬тора. В горне газогенератора при продувке слоя горючего жарким воздухом развиваются очень высочайшие температуры (порядка 1800° С и поболее) , чем обеспечивается протекание газогенераторного процесса с перевоплощением золы горючего в жидкоплавкое состояние. Газификация пылевидного горючего. Получила некое распространение газификация горючего в пылевидном состоянии (угля и торфа). В данном случае в газогенератор поступает смесь очень узкой угольной пыли с кислородом; туда же подается пар, снижающий температуру стен газогенератора, по этому возрастает стойкость футеровки. Большая часть золы выносится с газом в жестком состоянии и улавливается, в газоочистке.
Подземная газификация углей. В первый раз мысль подземной газификации углей была высказана в 1888 г. Д. И. Менделеевым. Фактически подземная газификация углей в первый раз в мире была осуществлена в СССР в 1931-1933 гг. методом внедрения так именуемого поточного способа.
Через шахту, прорубаемую до подошвы пласта, создают подземную выработку. Как видно из рис. 6-14, эта выработка заключается в устройстве канала, дном которого является подошва пласта, а крышей — сам угольный пласт. На разных расстояниях сверху пробурены шурфы и скважины. В самом канале на неких участках укладываются штабеля дров и в их запалы, которые могут поджигаться электронным методом через провод, выведенный наверх. По окончании выработки подземный канал отделяют от шахты перемычкой. После чего через один шурф либо скважину подают воздух с давлением в несколько атмосфер, а через другой шурф либо скважину отводят газ. После розжига поток воздуха устремляется по каналу и происходит газификация угольного пласта.
Особенное значение имеет подземная газификация углей с огромным содержанием балласта (золы и воды), к примеру в Подмосковном бассейне, и углей, залегающих в маломощных пластах (тоньше 0,7 м), которые обычно не разрабатываются.
Теплота сгорания газа подземной газификации пока составляет 800-900 /ккал/л3. В текущее время в связи с резвым ростом добычи высококалорийного природного газа подземная газификация не развивается.
Рис. 6-14.
А.А. Щукин «Газовое и печное хозяйство заводов», издательство «Энергия», Москва-Ленинград, 1966 год.