Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 7282
(13) U
(46) 2011.06.30
(51) МПК
C 10B 53/02
F 23G 5/027
(2006.01)
(2006.01)
(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ
ТВЕРДЫХ ГОРЮЧИХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ ПИРОЛИЗА
(21) Номер заявки: u 20100920
(22) 2010.11.03
(71) Заявитель: Государственное науч-
ное учреждение "Институт приро-
допользования Национальной ака-
демии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Лиштван Иван Иванович; Фа-
люшин Петр Леонтьевич; Тановицкий
Владимир Иванович; Дударчик Вла-
димир Михайлович; Бровка Геннадий
Петрович; Романенко Иван Иванович;
Нашкевич Игорь Степанович; Смо-
лячкова Елена Анатольевна (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт при-
родопользования Национальной ака-
демии наук Беларуси" (BY)
(57)
1. Установка для термохимической переработки твердых горючих материалов мето-
дом 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, коксо-
приемник, охладитель пиролизного газа, газогенератор на твердом топливе с дымососом и
дымовой трубой, отличающаяся тем, что шнек пиролизера выполнен в виде двух отдель-
ных деталей - полой винтовой спирали и полого цилиндрического сердечника, причем
нагреватель пиролизера состоит из наружной кольцевой камеры и полости цилиндриче-
ского сердечника, которые расположены коаксиально, а наружная кольцевая камера и по-
лость полого цилиндрического сердечника снабжены направляющими винтовыми
лопастями.
Фиг. 1
BY7282U2011.06.30

2. BY 7282 U 2011.06.30
2
2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что полая винтовая спираль имеет перемен-
ное 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 RU 2346023 C1, МПК C 10B 53/02, F 23G 5/027, 2009.
2. Патент RU 2100402 C1, МПК C 10B 53/00, F 23G 5/027.
3. Фалюшин П. Л., Дударчик В.М., Тановицкий В.И., Кожурин В.Н. Эксперименталь-
ная 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 твер-
дых горючих ископаемых и других горючих материалов методом пиролиза с целью полу-
чения высококалорийных твердых и жидких продуктов, горючих газов и может быть
использована для термохимической переработки бурых углей.
Известна установка для пиролиза древесины, содержащая камеру пиролиза, сушиль-
ную камеру, конденсатор, газодувку, газогенераторную топку, камеру сгорания, горелоч-
ное устройство [1].
Недостатком известного устройства является цикличность процесса пиролиза, увели-
чение длительности цикла, низкая эффективность процессов сушки и низкая степень ути-
лизации конденсируемых газов. Низкая эффективность сушки обусловлена нагревом
сушильного агента через промежуточный теплоноситель, а низкая степень утилизации га-
зов 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 швелева-
ния-сжигания в пиролизном реакторе, содержащее вертикальную подводящую шахту, ко-
торая 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 се-
чение 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 соответствен-
но из вращающегося вокруг своей продольной оси пиролизного реактора снабжено за-
крепленной 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-

3. BY 7282 U 2011.06.30
3
жи через пространство между корпусом с некруглым поперечным сечением транспортно-
го 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 реак-
тор 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 неподвиж-
ный входной корпус для топочного газа в барабан швелевания. На торцевых стенках бара-
бана 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 эффек-
ту 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 распо-
ложенным внутри нее шнеком, предназначенным для подачи сырья в зону реакции и вы-
грузки 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 осу-
ществляется только за счет тепла, подводимого через стенку корпуса шнекового пироли-
зера. 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 поверх-
ностям подвижных лопасти и вала шнека и по этой причине вращения сырья вместе со
шнеком как одного целого. Это нарушает равномерность и стабильность осевого переме-
щения 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 повы-
шение производительности шнека.
Эта задача решается за счет того, что в известной установке для термохимической пе-
реработки твердых горючих материалов, преимущественно бурых углей, методом пироли-
за, содержащей блок подготовки, транспортирования и дозированной подачи горючих
материалов с шнек-питателем и камерой нагрева шнек-питателя, бункер горючих матери-
алов с дозатором, шнековый пиролизер с нагревателем дымовыми газами, коксоприемник,

4. BY 7282 U 2011.06.30
4
циклон очистки газов от твердых частиц, устройство конденсации, охладитель пиролизно-
го газа, газогенератор на твердом топливе с дымососом и дымовой трубой, шнек пироли-
зера выполнен в виде двух отдельных деталей - полой винтовой спирали и полого
цилиндрического сердечника, причем нагреватель пиролизера состоит из наружной коль-
цевой камеры и полости цилиндрического сердечника, которые расположены коаксиаль-
но, 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 спи-
рали 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 про-
цесса пиролиза.
Наличие неподвижного полого цилиндрического сердечника способствует осевому
перемещению материала в кольцевом шнековом канале и увеличению производительно-
сти 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 предприни-
маются различные меры по увеличению сил трения материала о неподвижную поверх-
ность кожуха шнека (поверхность кожуха шнека выполняют ребристой, приваривают
пластины, нарезают пазы и т.п.). В предложенной установке увеличение сил трения мате-
риала о неподвижные поверхности достигается за счет дополнительной наружной поверх-
ности 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 пи-
ролизера.
Выполнение полой винтовой спирали с переменным поперечным сечением, увеличи-
вающимся от выгрузного к приводному (загрузочному) концу, обеспечивает необходимые
прочность и жесткость спирали.
Приводной конец полой винтовой спирали нагружен максимальным крутящим мо-
ментом и поэтому имеет наибольшее поперечное сечение.
Выполнение полой винтовой спирали с различным шагом позволяет обеспечить раз-
личное 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 горю-
чих 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.

5. BY 7282 U 2011.06.30
5
Шнековый пиролизер 5 содержит коаксиально расположенные полые цилиндры -
наружный 19, средний 20 и внутренний неподвижный полый сердечник 21. Полые цилин-
дры 19, 20, и 21 образуют наружную камеру нагревания 22, кольцевой шнековый канал 23
и внутреннюю камеру нагревания 24. Кольцевой шнековый канал 23 соединен с верти-
кальным бункером 2 через загрузочный люк 25, выполненный в среднем полом цилиндре
20.
Внутри кольцевого шнекового канала 23 расположена полая винтовая спираль 26, ко-
торая соединена с регулируемым приводом 27 посредством цепных звездочек 28, 29 и це-
пи 30. Полая винтовая спираль 26 имеет переменное поперечное сечение, которое
увеличивается от выгрузной к загрузочной части винтового шнекового канала 23. Шнеко-
вый 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 кок-
созольного остатка со стороны выгрузки. Торцевая часть пиролизера снабжена дымохо-
дом 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, дымосо-
сом 11 и дымовой трубой 12.
Фильтр 8 очистки газов и коллектор 6 пиролизных газов снабжены предохранитель-
ными 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 ин-
тенсивно выделяется в первоначальный период нагрева материала, установлен паропро-
водной 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 винто-
вая 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 че-
рез приемный бункер 13. Из него материал поступает в шнек-питатель 14. В шнеке-
питателе 14 горючий материал подогревается, подсушивается и дополнительно измельча-
ется. Нагрев и подсушка осуществляются за счет тепла дымовых газов газогенератора 10,
которые протягиваются через камеру 17 обогрева шнек-питателя 14 дымососом 11. Нагре-
тый и подсушенный горючий материал подается через течку 18 в вертикальный бункер 2.
Подача материала в вертикальный бункер 2 регулируется за счет изменения частоты вра-
щения шнек-питателя 14 регулируемым приводом 15. Дозатор 3 обеспечивает равномер-
ную 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. Ра-
бочая 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 пере-
мещает материал в осевом направлении.
Изменение частоты вращения винтовой спирали 26 осуществляется при помощи регу-
лируемого привода 27.
Это позволяет регулировать скорость процесса, направленно изменять количествен-
ный выход и качественный состав продуктов пиролиза. Изменяя время нахождения мате-
риала в зоне реакции и температуру пиролиза, можно получать пиролизный газ с высоким
содержанием в его составе синтез-газа (CO + H2).

6. BY 7282 U 2011.06.30
6
Нагрев материала в шнековом кольцевом канале осуществляется через стенки средне-
го 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 вин-
товыми 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 коль-
цевом шнековом канале 23 осуществляется через сквозные прорези 42 и 43 в полой винто-
вой спирали 26. Очистка пиролизного газа от твердых частиц осуществляется в циклоне 8.
Далее газ поступает в охладитель 9 и трубу 39. Удаление конденсата осуществляется че-
рез трубу 40.
Таким образом, использование предлагаемого технического решения позволяет повы-
сить эффективность процесса пиролиза за счет увеличения поверхности нагревания пиро-
лизера, обеспечения равномерности нагрева пиролизера и находящегося в нем материала
по его поперечному сечению и по всей длине, повысить стабильность осевого перемеще-
ния материала в шнеке и производительность шнека.
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.