AT413105B

AT413105B - Vorrichtung zur erzeugung von schwelgas

Info

Publication number: AT413105B
Application number: AT10872000A
Authority: AT
Original assignee: Stoeckl Friedrich
Priority date: 2000-06-23
Filing date: 2000-06-23
Publication date: 2005-11-15
Also published as: EP1294824A1; AU6566301A; ATA10872000A; WO2002000810A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Schwelgas, mit zumindest einer Schwelkammer, die eine Eintrittsseite und eine Austrittsseite aufweist, und in der eine Einrichtung zum mechanischen Bewegen des Schwelgutes vorgesehen ist.

Es sind eine Vielzahl von Vorrichtungen und Verfahren bekannt, aus Biomasse, beispielsweise Hackschnitzel und anderen Abfällen, ein energetisch nutzbares Gas zu erzeugen, wobei die Biomasse verschwelt und das Schwelgas in einem Fest- oder Wirbelbett weiterbearbeitet wird.

Im allgemeinen sinkt das Schwelgut, wie beispielsweise auch in der WO 95/21903 beschrieben, unter Schwerkraft nach unten, wobei es erforderlichenfalls mechanisch bewegt werden kann.

Die Erfindung verbessert die Verschwelung der Biomasse, indem die Einrichtung zum mechanischen Bewegen des Schwelgutes als Fördereinrichtung von der Eintrittsseite zur Austrittssseite der Schwelkammer ausgebildet ist.

Auf diese Weise ist das Schwelgut nicht nur ständig in Bewegung, sondern wird aktiv weitergefördert, sodass die Schwelkammer in jeder gewünschten Ausrichtung angeordnet werden kann.

Beispielsweise kann die Schwelkammer in einem Winkel von etwa 60 ansteigen. Der ansteigende Gleichstrom von Schwelgut und Schwelgas ermöglicht es, in einer weiteren bevorzugten Ausführung, dass die Weiterbearbeitung des Schwelgases, beispielsweise in einem Wirbelschichtverfahren, in einer unmittelbar an das Austrittsende der Schwelkammer angesetzten Reaktionskammer erfolgen kann. Dies erübrigt Rohrleitungen und Fördereinrichtungen zwischen den einzelnen Kammern.

Die das Schwelgut transportierende und auflockernde Fördereinrichtung weist in einer bevorzugten Ausführung mindestens eine Förderschnecke auf. Die Schwelkammer ist dabei bevorzugt ein der Förderschnecke angepasster Hohlkörper. Dies bedeutet, dass bei einer zylindrischen Schnecke eine hohlzylindrische Schwelkammer vorgesehen ist und bei einer kegelstumpfförmigen Schnecke die Schwelkammer etwa die Form eines Hohlkegelstumpfes aufweist. Durch die (sehr langsame) Drehung der Förderschnecke durchströmt und umströmt das entstehende Schwelgas ständig das Schwelgut, sodass der Wärmetausch zwischen festen und gasförmigen Stoffen verbessert wird.

Die Förderung des Schwelgutes mittels einer Förderschnecke ermöglicht vorteilhafte Einflüsse auf das Schwelverfahren und die Vergasungsrückstände, wenn die Förderschnecke zumindest zwei hintereinander angeordnete Schneckenabschnitte aufweist, da dadurch in der Schwelkammer jedem Schneckenabschnitt eine eigene Verfahrens- oder Behandlungscharakteristik zugeordnet werden kann. So ist beispielsweise in einer weiteren bevorzugten Ausführung vorgesehen, dass zumindest am Ende des ersten Schneckenabschnittes feststehende Zerkleinerungseinbauten vorgesehen sind. Die Vergasungsrückstände werden durch die Zerkleinerungseinbauten in kleinere Teilchen zerlegt, die dann vom folgenden Schneckenabschnitt übernommen werden. In diesem erfolgt dann eine weitergehende Verschwelung und Entgasung der zerkleinerten Teilchen.

Auch am Ende des zweiten oder eines eventuellen dritten Schneckenabschnittes können Zerkleinerungseinbauten vorgesehen sein. Die Zerkleinerungseinbauten sind insbesondere durch einen Kranz von sechs oder acht radial von der Schwelkammerwand nach innen ragenden Messern oder dergleichen gebildet, die vorzugsweise verstellbar sind.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung weisen die Schneckenabschnitte unterschiedliche Steigungen auf, wobei etwa der erste Schneckenabschnitt eine geringere Steigung und der zweite bzw. folgende Schneckenabschnitt eine grössere Steigung aufweisen kann. Weiters kann es von Vorteil sein, wenn zumindest ein Schneckenabschnitt axial verschiebbar ist, sodass das Laufspiel der Schnecke an die Erfordernisse angepasst sowie ein Verklemmen und Festlegen der Schnecke verhindert werden kann.

Die Förderschnecke ist bevorzugt an der unteren Eintrittsseite und auch an der oberen Austrittsseite der Schwelkammer jeweils aussen gelagert, sodass der Lagerbereich gegen die Tem-

peratur der Schwelkammer abgeschirmt werden kann. In diesem Fall ist bevorzugt vorgesehen, dass die direkt an die Austrittsseite angeschlossene Reaktionskammer seitlich zur Förderschnecke versetzt angeordnet ist.

Nachstehend wird nun die Erfindung an Hand der Figuren der beiliegenden Zeichnung näher beschrieben, ohne darauf beschränkt zu sein.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Axialschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel, Fig. 2 einen schematischen Axialschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel, und Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 111-111 der Fig. 2.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist Bestandteil einer Anlage zur Umwandlung der in Biomasse vorhandenen vergasbaren Bestandteile in ein energetisch nutzbares Gas, in welchem die in der Biomasse gespeicherte Energie bis auf geringe, prozessbedingte Verluste enthalten ist. Die Anlage umfasst eine Schwelkammer 4, in der die Verschwelung erfolgt, und eine anschliessende Reaktionskammer 20 für eine Wirbelschichtvergasung der verschwelten Holzkohle.

Das Rohgut (z. B. Hackschnitzel, zerkleinerte Biomasseabfälle etc. ) gelangt über einen Fülltrichter 1 mit einer Zuführschleuse 2 in ein insbesondere beheizbares Fallrohr 3. Durch die beiden nur abwechselnd öffnenden Tore der Zuführschleuse 2 lässt sich sicherstellen, dass der Zufuhrbereich zur Schwelkammer 4 stets mit Rohmasse gefüllt ist, jedoch kein Gas über die Rohmassenzuführung entweichen kann. Das in die Schwelkammer 4 führende Fallrohr kann zur Erhöhung des Vergasungswirkungsgrades von aussen z. B. durch heisse Motorabgase beheizt werden.

Die Schwelkammer 4, in der die Verschwelung bei etwa 600 C erfolgt, ist bevorzugt durch ein zylindrisches Rohr gebildet, dessen Mantel mit einer Wärmeisolierung 5 versehen ist. Die Schwelkammer 4 enthält eine Fördereinrichtung für das Schwelgut zwischen der unten liegenden Eintrittsseite 6, an der das Fallrohr 3 mündet, zur oben liegenden Austrittsseite 7. Die Fördereinrichtung ist bevorzugt durch eine Förderschnecke 8 gebildet, die eine die Schwelkammer 4 axial durchsetzende Welle 11 aufweist, die an der unteren Stirnseite in einem wärmegeschützten, äusseren Lager 13 gelagert und an einen Antriebsmotor 12 über ein Getriebe angeschlossen ist.

Die Förderschnecke 8 ist insbesondere in Schneckenabschnitte 9 unterteilt, wobei im Bereich der Unterbrechung Zerkleinerungseinbauten 15 vorgesehen sind, die, wie in Fig. 3 näher gezeigt, aus einem Kranz von beispielsweise sechs Messern od.dgl. bestehen, die sich jeweils vom Mantel radial zur Welle 11erstrecken. Die Förderschnecke 8 kann eine in mehrere Teile zerlegbare Konstruktion aufweisen, wobei die Einzelteile nur aufeinandergesteckt sein können und durch das Eigengewicht den Kraftschluss erhalten. Die Förderschnecke füllt das Vergasungsrohr bis auf ein minimales Spiel aus und bewegt sich beispielsweise selbstzentrierend.

Die Zerkleinerungseinbauten 15, die insbesondere verstellbar ausgebildet sind, sorgen für eine Vermahlung bzw. Pulverisierung der verkohlenden Feststoffe, sodass deren Verschwelung möglichst vollständig erfolgen kann. Im unteren Bereich der Schwelkammer 4 ist ein Zufuhrschacht 18 für Heissluft oder heisses Brenngas eines Stütz- bzw. Initialbrenners vorgesehen, um die Verschwelung des Rohrgutes zu initiieren. Durch die (sehr langsame) Drehung der Förderschnecke 8 werden die Feststoffe in der Schwelkammer 4 langsam nach oben befördert, während das nach und nach entstehende Schwelgas die Feststoffe durchströmt bzw. überströmt.

Zur Sicherung der erforderlichen Spaltmasse kann die Schwelkammer 4 geteilt ausgeführt sein, sodass die obere Halbschale flexible Elemente enthält, die sich durch das Eigengewicht auf dem Aussenrand der Schnecke 8 abstützen. Die Werkstoffe des Aussenrandes der Förderschnecke 8 können mit Keramikelementen versehen bzw. konstruktiv so ausgeführt sein, dass sich ein möglichst geringer abrasiver Verschleiss ergibt. Es ist jedoch davon auszugehen, dass die zerriebene Holzkohle eine Schmierwirkung bzw. eine Trennschicht zwischen den tribologischen

Laufpartnern gewährleistet. Die Förderflächen der Schnecke können in der Steigung und in der geometrischen Gestalt ebenso wie die Durchmesser der Schneckenabsschnitte 9 über die Länge der Schwelkammer 4 variabel sein.

Ebenso kann auch der Durchmesser der Schwelkammer 4 über die Länge variabel sein.

Die Drehzahl der Förderschnecke wird von einer Prozesssteuerung vorgegeben und ist beispielsweise zur Regelung der Leistung im Betrieb variabel.

An der Austrittsseite 7 der Schwelkammer 4 ist eine Reaktionskammer 20 direkt angesetzt, die ebenfalls eine Wärmeisolierung aufweist, und in der eine Wirbelschichtvergasung bei einer Temperatur von etwa 800 C erfolgt. Die Reaktionskammer hat feststehende Einbauten, besteht aus hochwärmefestem Werkstoff bzw. ist mit wärmefestem Material ausgekleidet.

Heisslut (oder ein Heissluft-Heissdampf-Gemisch) wird durch eine Verwirbeldüse 21 eingeblasen, wobei durch Oxidation und nachfolgender Reduktion die Vergasung der pulverisierten, aus der Förderschnecke 8 austretenden Verschwelmasse erfolgt. Das heisse Prozessgas wird vorzugsweise durch schraubenförmig angeordnete Leitapparate 25 in ausreichend starke Rotation versetzt, wobei eine Zyklonwirkung entsteht und die (inerten) Festpartikel sich durch Zentrifugalkraft am Gehäuserand ablagern, während das Produktgas aus der Mitte der Hochtemperatur-Reaktionskammer durch den Auslass 24 austritt. Die inerten Vergasungsrückstände werden durch Austragschleusen 22,23 abgeführt.

Weiters kann je nach Art und Weise der Prozessführung und der Konsistenz der Vergasungsrohstoffe an verschiedenen Stellen zwischen dem Eintritt 6 in die Schwelkammer 4 und dem Austritt 24 des Produktgases aus der Wirbelschicht-Kammer 20 Wasserdampf zugeführt werden. Ebenso kann an jeder gewünschten Stelle zwischen Eintritt 6 in die Schwelkammer 4 und dem Austritt 24 aus der Reaktionskammer 20 für die Wirbelschichtvergasung zur Optimierung bzw. optimalen Steuerung und Regelung der Prozessgrössen Heissluft eingeblasen werden.

Die Grösse der in den Verschwel- und Vergasungsprozess eingebrachten Stoffeströme wird wesentlich durch Messung und Auswertung der Prozesstemperaturen an verschiedenen Stellen der Anlage gesteuert bzw. geregelt.

In der Ausführung nach Fig. 1 ist die Welle 11der Förderschnecke 8 nur in einem an der Eintrittsseite 6 angebrachten äusseren Lager 13 gelagert, sodass die Reaktionskammer 20 in direkter Verlängerung an die Schwelkammer 4 angeschlossen ist. Die sonst im wesentlichen gleich aufgebaute Ausführung der Fig. 2 zeigt auch an der Austrittsseite der Welle 11ein aussenseitiges Lager 14, und die Reaktionskammer 20 ist seitlich versetzt an das austrittsseitige Ende 7 angebaut.

Die Vorteile der erfindungsgemässen Vorrichtung bestehen darin, dass aufgrund der Förderung des Schwelgutes durch die Schwelkammer eine genau definierte, gut regel- und steuerbare Prozessführung bei hohem Gasreinheitswert erreicht wird. Die kondensierbaren Kohlenwasserstoffe werden weitgehend im Hochtemperatur-Wirbelschichtvergaser beseitigt. Die Vergasungsrückstände sind aufgrund der aufgrund der Prozessführung gewährleisteten genau definierten und maximalen Verweilzeit im Reaktionsbereich praktisch inert. Weites lässt sich mit der beschriebenen Anordnung eine hohe Leistungsdichte erreichen.

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Claims

Patentansprüche : 1. Vorrichtung zur Erzeugung von Schwelgas, mit zumindest einer Schwelkammer (4), die eine Eintrittsseite (6) und eine Austrittsseite (7) aufweist, und in der eine Einrichtung zum mechanischen Bewegen des Schwelgutes vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum mechanischen Bewegen des Schwelgutes als Fördereinrichtung von <Desc/Clms Page number 4> der Eintrittsseite (6) zur Austrittssseite (7) der Schwelkammer (4) ausgebildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Weg des Schwelgutes durch die Schwelkammer (4) schräg aufsteigt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung mindestens eine Förderschnecke (8) aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse der Förderschnecke (8) unter etwa 60 ansteigt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Föderschnecke (8) zylind- risch und die Schwelkammer (4) hohlzylindrisch ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Föderschnecke (8) ko- nisch und/oder die Schwelkammer (4) hohlkegelstumpfförmig ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Förder- schnecke (8) zumindest zwei hintereinander angeordnete Schneckenabschnitte (9) auf- weist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest am Ende des ersten Schneckenabschnittes (9) feststehende Zerkleinerungseinbauten (15) vorgesehen sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerkleinerungseinbauten (15) einen Kranz von radial von der Schwelkammerwand (5) nach innen ragenden Messern oder dergleichen umfassen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerkleinerungsein- bauten (15) verstellbar angeordnet sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schne- ckenabschnitte unterschiedliche Steigungen bzw. entgegengesetzte Steigungen umfassen.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Schneckenabschnitt (9) axial verschiebbar ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass an der Austrittsseite (7) eine Reaktionskammer (20) an die Schwelkammer (4) angebaut ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das aus- trittsseitige Ende der Förderschnecke (8) ausserhalb der Schwelkammer (4) gelagert ist und die Reaktionskammer (20) seitlich versetzt an der Schwelkammer (4) angeordnet ist.