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Zwillingsgenerator zur Gaserzeugung aus Holz und anderen, Schwelgase liefernden Brennstoffen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Gasgeneratoren zur Vergasung von Holz oder bituminösen wasserhaltigen Brennstoffen, die für die Erzeugung eines einwandfreien Treibgases einer ausreichend grossen Reduktionszone bedürfen. Die Erfindung bezieht sieh auch im besonderen Masse auf die Erzeugung von Holzgas aus jeder Art Holz, auch aus solchem von höherem Feuchtigkeitsgrad.
Sie bedient sich der im Wesen bekannten Einrichtung von Zwillingsgeneratoren, das sind zweischächtige Generatoren, die im Oberteil je eine verschliessbare Öffnung zum Einbringen des Brennstoffes besitzen und in ihrem Unterteil in offener Verbindung miteinander stehen. Die Erfindung liegt in einer besonderen Ausbildung des Zwillingsgenerators, um die Entgasung minderwertiger oder stark teerhaltiger Brennstoffe (z. B. Weiehholz) getrennt von der Vergasung derselben vornehmen zu können.
Dies geschieht erfindungsgemäss durch die Schaffung einer langgestreckten Reduktions-oder Glutzone sowie durch eine besondere Ausgestaltung der Schachtwände und gegebenenfalls auch der Trennwand, so dass der Zwillingsgenerator auch bei stärkster Inanspruchnahme und Leistung, stets ein heizwertkräftiges und reines Generatorgas liefert.
Bei den Schwelgase liefernden Brennstoffen wird die erforderliche Reduktionszone, in der beispielsweise die bei der Holzvergasung entstehenden Teerdämpfe und wässrigen Produkte (Holz- essig, Essigsäure usw. ) zersetzt werden, CO2 zu CO reduziert sowie Wasserdampf zerlegt wird, gewöhnlich im Generator selbst gebildet. Ein wesentliches Erfindungsmerkmal ist die Schaffung einer gegenüber den bekannten Generatorbauarten um ein vielfaches verlängerten Reduktionszone. Im Falle der Anwendung von Holz als Brennstoff besteht diese verlängerte Reduktionszone aus im Generator selbst erzeugter Holzkohle, die zur restlosen Vergasung gelangt. Die Erfindung ermöglicht es z. B. die Vorzüge der Holzkohlengaserzeugung, trotz der Verwendung von Holz, sich zunutze zu machen.
Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Gaserzeugung aus Holz stellt somit gewissermassen eine Kombination eines Holzgenerators mit einem Holzkohlengasgenerator dar.
Wird ein bituminöser Brennstoff, z. B. Holz oder Braunkohle, in zweischächtigen Generatoren behandelt, so erfolgen die Entgasung (Absehwelung, Vermeilerung, Verkokung) und die Vergasung zwar im selben Sehacht, aber nicht in einer einzigen Betriebsperiode, sondern zeitlich getrennt in zwei hintereinander folgenden Betriebsperioden. Nach jeder Betriebsperiode (die normalerweise durch Aufgabe von frischem Brennstoff in einen der beiden Schächte eingeleitet wird) findet eine Änderung in der Gasstromrichtung automatisch statt. Dabei tritt die notwendige Verbrennungsluftmenge immer bei den unteren Schachtende ein, u. zw. in jenem Schacht in stärkerem Masse, wo gerade die Vergasung vor sich geht, da die Lufteinströmstelle näher der Gasabsaugöffnung (Gasausgangsoffnung) liegt.
Lignit, Torf oder sonstige Vergasungsstoffe pflanzlichen Ursprungs oder brikettierte Brennstoffe sind in ähnlicher Weise verwendbar.
In jedem der beiden Schächte eines durch eine, gegebenenfalls mit Heizkanälen und mit Rekuperationskanälen zur Luftvorwärmung versehenen, Trennwand geteilten Generators oder in zwei miteinander gekoppelten Generatorschächten wird in abwechselnder Hintereinanderfolge das Vergasungsmittel eingebracht und der Vergasungsvorgang (Trocknung-, Schwelungs-, Verkokung-, Vermeilerungsvorgang) derart geleitet, dass das erzeugte Gas abwechselnd aus dem einen Generatorschacht oder Schachtteil entnommen wird und dem andern Generatorschacht oder Schachtteil die Gase und Dämpfe der Reduktionszone zuströmen. Durch die abwechselnde Gasentnahme aus dem einen und dem andern Schacht bzw.
Schachtteil wechselt natürlich jeweils auch die Richtung des Gasstromes in beiden Schächten oder Schachtteilen, während die Luftzufuhr für die nt-und Vergasungsvorgänge im Generator zu dem in jedem Schacht bzw. Schachtteil vorhandenen Brennstoffherd in abwechselnder,
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gegebenenfalls regulierbarer Stärke vor sich geht. Der Wechsel dieser hintereinander folgenden peri- odischen Vorgänge wird immer dann vorgenommen, wenn in jenem Schacht oder Schachtteil, in dem zuletzt Vergasungsstoff eingebracht worden ist, dieser durch die fühlbare Wärme des in den Heizzügen des andern Schachtes abströmenden Gases soweit getrocknet, verschwelt, verkokt oder vermeilert ist, dass mit seiner eigentlichen Vergasung-begonnen werden kann.
Nach dem vorgenommenen Wechsel der Gasrichtung dient der nunmehr entgaste (getrocknete, verschwelte, verkokte) heisse Brennstoff des einen Schachtes bzw. Sehachtteiles zur Vergasung und zum Teil als Reduktionszone für die im andern Schacht bzw. Schachtteil aus dem frisch eingebrachten Vergasungsstoff sich bildenden Dämpfe und Gase. Auf diese Weise ist diese Reduktionszone stets und in für alle Fälle (auch bei einer Heiss- karburierung mit in diese Zone eingeleiteten vorgewärmten Karburiermittel) ausreichender Stärke (Höhe und Länge) vorhanden. Sie ist zum Unterschied gegenüber bekannten Generatorbauarten grösser und kann noch dadurch vergrössert werden, dass die am unteren Ende zungenartig ausgebildete Trenn-
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Handelt es sich um die Vergasung von Holz, so findet in abwechselnder Reihenfolge im einen Schacht oder Schachtteil die Trocknung, Schwelung des Holzes zu Holzkohle und im andern Schacht oder Schachtteil die Vergasung der Holzkohle statt. Die Dämpfe und Gase (Schwelgase) strömen in dem Schacht oder Sehaehtteil, dem zuletzt frisches Holz zugeführt wurde, von oben nach unten durch den gemeinsamen Unterteil beider Schächte (Reduktions-oder Glutzone) hindureh, um die Trennwand unten herum, zum zweiten Schacht oder Schachtteil, diesen von unten nach oben durchziehen. Beim Austritt der Schwelgase unten aus dem ersterwähnten Schacht oder Schachtteil treten diese in die durch die entstehende Holzkohle gebildete Reduktionszone ein und legen dort einen für alle Fälle ausreichend langen Weg zurück, auf dem z.
B. die Teer und wässrigen Dämpfe sowie die Essigsäure restloszersetzt werden. Auch die Kohlensäure der Entgasungsprodukte wird zum grossen Teil in Kohlenoxyd umgewandelt (reduziert). Auch wird in der heissen Reduktionszone der im Verbrennungsherd gegebenenfalls eingeblasene Wasserdampf in seine Bestandteile zerlegt, der in diesem Zustande heizwertsteigernd wirkt. Die erfindungsgemässe langgestreckte Reduktionszone dient nicht nur als eine Art Filter zur Absonderung der mitgerissenen Staubteile der Dämpfe und Gase des Entgasungssehachtes, sondern sie kann unter Umständen auch zur Zersetzung des in den Generator eingebrachten Karburiermittels, d. i zur Hilfskarburation des Gases dienen.
Ähnlich ist der Vergasungsvorgang bei der Vergasung bituminöser Brennstoffe, z. B. Braunkohle. Während in der ersten Periode in einem der beiden Schächte oder Schachtteil die Verschwelung bzw. die Verkokung der Braunkohle erfolgt, wird in der nachfolgenden Periode, d. h. nach dem Wechseln der Gasströmung in ein und demselben Schacht oder Schachtteil der bei der Abschwelung entstandene Koks oder Halbkoks vergast. Gleichzeitig werden in der Reduktionszone die aus dem Entgasungs- (Entschwelungs) schacht kommenden Schwelgase und Teerdämpfe verbrannt bzw. in Gas umgewandelt, was heizwertsteigernd für das Endgas ist. Kohlensäure reduziert sich hier zu Kohlenoxyd, was ebenfalls die Menge und Qualität des Endgases steigert.
Fig. 1 ist ein senkrechter Schnitt J-K der Fig. 3, Fig. 2 ein waagrechter Schnitt A-R der Fig. 3, Fig. 3 ein waagrechter Schnitt C-D der Fig. 1, Fig. 6 ein senkrechter Schnitt -H der Fig. 2. a und b
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ist. Jeder Generatorschaeht trägt eine feuerfeste Innenauskleidung d, die miteinander die Trennwand 111 zwischen beiden Schächten bilden. Das erfindungsgemässe Verfahren kann auch bei Generatoren zur Anwendung gebracht werden, wo die keramische Auskleidung durch eine feuerfeste Auskleidung aus Eisen ersetzt ist.
Beide Schächte sind mit je einer Einfüllöffnung a1 und b1 für den Brennstoff versehen und durch Trennwand 1Il, die in ihrer Verlängerung nach unten als eine aus feuerfestem Material hergestellte Zunge oder Brücke d1 ausgebildet ist, getrennt. Der feuerfeste Unterteil c ist für beide Generatorschächte gemeinsam ; er trägt die verschliessbare Entleerungsöffnung Ci zur Entfernung der Schlacke und der Brennstoffreste. Beiderseits der vertikalen Wand in sind die waagrecht liegenden Rekuperationskanäle 111'die in die senkrecht liegenden abzweigen und zur Vorwärmung der den Herden zuströmenden Verbrennungsluft dienen.
Die horizontalen Luftvorwärmungskanäle können auch seitlich ganz herum um die Generatorschaehtwandung vorgesehen werden. it"ii,... ii"sind Heizkanäle, durch das aus den Generatorschächten abziehende heisse Generatorgas strömt, wobei es seine fühlbare Wärme an das Sehachtinnere abgibt. Auch die Heizkanäle können seitlich ganz herum um die Generatorsehachtwandung vorgesehen werden. Die äussere Umkleidung e der Generatorsehäehte besteht am besten aus Eisenblech, gegen welches die Innenauskleidung des Generators zweckmässigerweise isoliert ist.
Die äussere Form der Generatorverkleidung kann so gewählt werden, dass sich abgeschlossene Kammern il, 1"1"ergeben, die als Vorratsbehälter für den Brennstoff bzw. für Zwecke der Gasreinigung dienen können. In Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 6 ist eine solche Gasreinigung angedeutet, die aber nicht zum Erfindungsgegenstand gehört.
Im Generatoroberteil kann eventuell die Sehaehtausmauerung durch perforierte oder geschlitzte Wände g ersetzt werden, wie dies in Fig. 1 rechts oben angedeutet ist. Die Wände g dienen dazu, um
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die Kondensate bei feuchtem Brennstoff dadurch auszuscheiden, dass die Gase mit den kühlen Flächen der Bleehwandung des Generators in Berührung kommen und sich dort kondensieren. Die Ableitung der Kondensate erfolgt dann durch die Entleerungsöffnung r der Fig. 1. Auch diese Einrichtungen sind kein Erfindungsgegenstand. In Fig. 1 sind noch die Wechselventile fi und v2 ersichtlich, die zur periodischen Änderung der Gasstromrichtung abwechselnd geöffnet und geschlossen werden.
Dies kann beim Öffnen und Schliessen der Fülldeckel al und b1 selbsttätig geschehen, zu welchem Zwecke die einerseits mit den Ventilen VI und V2, anderseits mit den Fülldeckeln al und b1 durch ein Gestänge i verbundene Einrichtung vorgesehen ist.
In Fig. 1 sind ferner die Warmluftkanäle h1 > h2 angedeutet, in welche die in n1 vorgewärmte Verbrennungsluft durch vertikale Verbindungskanäle einströmt.
In Fig. 2 sind federnde Ventilklappen Mi, ersichtlich, die die Lufteinströmöffnungen i, o abschliessen und dem jeweilig zu verarbeitenden Brennstoff entsprechend so regulierbar sind, dass sie die richtigen Mengen an Verbrennungsluft und Generatorunterluft in die Luftkanäle n, n1, p1, p2 in die
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den Schachtausgängen durch die Steuerorgane v" . anderseits (unten) mit den horizontalen Generatorgaskanälen n2, n3 ... nx in Verbindung stehen.
Die in dieser Figur in einer oder mehreren Etagen angedeuteten Entstaubungseinrichtungen 81 und 82 werden vorteilhaft in durch eine Trennwand m getrennte Kammern untergebracht, die beiderseits der Trennwand, als selbständige, voneinander unabhängige Einrichtungen zur Entfernung des vom Generatorgas aus den Generatorschächten unabhängige Gasreinigungsvorriehtung dienen.
In Fig. 3 ist angedeutet, dass die aus den Heizzügen der Generatorschächte kommenden Gase derart in die Stossreiniger einströmen, dass je eine Seite der Stossreiniger durch Schliessen der Klappen U : t, U2 ausser Betrieb gesetzt werden kann und die andere Seite im Betrieb bleibt. Gegebenenfalls ziehen die Gase gleichzeitig in zwei Teilströmen, wie gezeichnet, durch beide Reinigerseiten. Die Teilung des Gasstromes in den Stossreinigern vermindert die Geschwindigkeit des Gasstromes und sichert durch
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den Heizkanälen des Generatorschachtes a. In der Figur ist durch den Pfeil angedeutet, dass das aus dem Generatorschacht a kommende Gas durch t2 zu den Heizkanälen des Generatorschachtes b geleitet wird.
In Fig. 6 sind Luft-und Gaszuführung angedeutet sowie der etagenweise Aufbau des Stossreinigers ersichtlich. Die von den Luftkanälen n (in Fig. 2) kommende Luft tritt durch den waagrechten Kanal n1 in den Gaskanal k (Fig. l) des Generatorherdes gl (Fig. 1) des Generatorschachtes a (Fig. 1) ein.
Das im Generatorschacht a (Fig. 1) erzeugte Generatorgas zieht in der Pfeilrichtung zum senkrechten Gaskanal t2 (Fig. 2,3) und von dort durch die seitlich des Generatorschachtes b (Fig. 1) in die Heizzüge n2, na dieses Schachtes (in der Zeichnung hinter den dort dargestellten Heizzügen n2, n3
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Generator e im herabgekühlten und gereinigten Zustande zu verlassen.
Angenommen der Generator nach Fig. 1, 2,3, 6 befindet sich bereits im Betrieb, u. zw. steht beispielsweise Holz als Brennstoff in Verwendung. Nach der durch Pfeile kenntlich gemachten Strömungsrichtung der Dämpfe und Gase und nach der dargestellten Stellung der Ventile VI'v2 ist zuletzt in den Schacht b frischer Brennstoff (Holz) eingebracht worden. Im Schacht a und im Unterteil c befindet sich die in der unmittelbar vorausgegangenenPeriode durch die Entgasung (trockeneDestillation) erzeugte Holzkohle in glühendem Zustande. Die aus b kommenden Destillationsgase und-dämpfe
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in den von h Luft eingeführt wird.
Die hier entstehenden Teer-und säurefreien Holzkohlengase durchziehen gemeinsam mit den aus a kommenden, in c vom Teer und dem Holzessig befreiten Gasen die Brennzone a ; (Fig. l) in der eingezeichneten Pfeilrichtung und entweichen schliesslich bei geöffnetem Ventil v1 durch die Heizzüge des jeweiligen Entgasungssehachtes in den Rohrkanal k und in den Gasreiniger und Gaskühler.
Durch die Saugwirkung des Motors herrscht im ganzen Generator Unterdruck, der bei der Ventilstellung nach Fig. 1 im Schacht a grösser ist als im Schacht b. Infolgedessen strömt aus dem Luftkanal Ai dem Schachte a mehr Verbrennungsluft zu als dem Schacht b aus dem Luftkanal h2. Da in a mehr Luft einströmt wird hier eine höhere Temperatur herrschen als in b. Die höhere Temperatur in a ist zur Holzkohlenvergasung notwendig, während die niedrigere Temperatur in b für die Entgasung (Trocknung, Entschwelung) des frisch eingebrachten Holzes genügt. Das Verhältnis beider Verbrennungsluftmengen kann man durch Regulieren der Ventile 101 und 11) 2 dem jeweiligen Brennstoff leicht anpassen.
Die nötige Entgasungswärme liefert das aus dem jeweiligen Vergasungsschacht durch die Heizzüge des jeweiligen Entgasungsschachtes abziehende heisse Generatorgas. Ist der Inhalt a vergast, so wird frischer Brennstoff (Holz) durch den Verschluss a1 aufgegeben werden. Beim Öffnen des Deckels von a1
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hat sich bereits das Ventil sol geschlossen und v2 geöffnet. Beim Schliessen des Deckels a1 bleibt die
Stellung der Ventile v1, v2 unverändert, so dass bei einsetzender Saugwirkung in dieser Periode die
Strömungsrichtung des Gases umgekehrt jener der vorangegangenen Periode ist. Im Schacht a findet jetzt die Entgasung des Holzes und im Schacht b die Vergasung der in der vorangegangenen Periode erzeugten Holzkohle statt.
Das Spiel des Wechselns der Gasstromrichtung geht periodisch vor sich und die Dauer der einzelnen Perioden wird von der Qualität des Brennstoffes und von der Beanspruchung des Generators abhängen.
In Fig. 4 ist ein senkrechter Schnitt Z-M der Fig. 5 und letztere ein waagrechter Schnitt E-F durch erstere. Beide Figuren stellen ein anderes Beispiel, u. zw. einen in der äusseren Form und im Schachtquerschnitt runden Sauggasgenerator dar. Der Generator e ist durch die vertikale Trennwand lIt in zwei Hälften a und b geteilt. Jede der beiden Hälften besitzt ein Lufteinströmrohr g1, g2 mit Düsenhaube f1, f2; beide Schachtteile besitzen einen gemeinsamen Unterteil c mit verschliessbarer Entleerungs-
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stehen. Der Oberteil der Schachtteile a und b ist im Ausführungsbeispiel nicht ausgemauert, sondern kann (wie auch in Fig. 1 angedeutet ist) aus einem perforierten oder jalousieartig geschlitzten Eisenblech g hergestellt sein.
Diese Art Schachtmantel dient zu dem gleichen Zweck, wie dieser bei der Beschreibung der Fig. 1 erwähnt ist. Es kondensieren sich an der kühlen Aussenwand die wässrigen Dämpfe, die dann durch die Öffnung T abfliessen. An Stelle der Wechselventile und V2 der Fig. 1, 3,6 ist in Fig. 4 ein Mehrweghahn oder -ventil v mit Öffnungen K1 ,K2, K3, K4 vorgesehen. Das Gestänge J2 dient dazu, beim Öffnen der Verschlussdeckel a1 und b1 die Umstellung des Mehrweghahnes v selbsttätig vorzunehmen.
Die Lufteinströmventile M'i und W2 können nötigenfalls von Hand aus oder auf mechanischem Wege geregelt und gesteuert werden. Die Trennwand 1n trägt an ihrem unteren Ende die Brücke oder Zunge d1.
Unmittelbar unterhalb derselben ist die zweckmässigste Stelle zum allfälligen Heisskarburieren des
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Generator gebracht.
Der Vorgang der Gaserzeugung in einem nach Ausführungsbeispiel Fig. 4 und 5 hergestelltem Generator ist im Prinzip genau der gleiche wie bei Fig. 1, 2, 3, 6 beschrieben.
Die äussere Form und die Sehaehtanordnung des Zwillingsgenerators kann mannigfaltig sein und sie ist durchaus nicht an die zwei beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. So z. B. können die miteinander gekoppelten Generatorschäche auch eine V-Form haben. Auch eine Ausführung, bei der die Trennwand ringförmig ausgebildet ist, so dass der Querschnitt des einen Generatorschachtes eine Kreisringfläche und der des andern eine Kreisfläche ist, ist denkbar.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Zwillingsgenerator zur Gaserzeugung aus Holz und andern, Schwelgase liefernden Brennstoffen bei getrennter abwechselnder Entgasung (Schwelung) und Vergasung in beiden Schächten, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem jeweiligen Vergasungsschacht kommenden heissen Gase die Heizzüge des jeweiligen Entgasungsschachtes durchströmen und ihre fühlbare Wärme durch die Heizwände dieses Schachtes hindurch an den zu entgasenden Brennstoff abgeben.