AT9842U1 - WOOD GASKERS AND METHOD FOR BURNING WOOD CHIPS AND / OR PELLETS - Google Patents
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Description
2 AT 009 842 U12 AT 009 842 U1
Die Erfindung betrifft einen Holzvergaser bei dem aus Hackschnitzel und/oder Pellets durch kontrollierte Verbrennung ein brennbares Gas entsteht. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Verbrennung von Hackschnitzel und/oder Pellets.The invention relates to a wood gasifier in which from wood chips and / or pellets by controlled combustion, a combustible gas is produced. The invention also relates to a method for burning wood chips and / or pellets.
Holzvergaser sind dem Stand der Technik bekannt. Als Brennstoff dient dabei Holz und/oder anderes Brenngut, das in Form von Hackschnitzeln und/oder Pellets und/oder in Form, Korngröße und Fließverhalten vergleichbaren Partikeln eingesetzt wird.Wood gasifiers are known in the art. The fuel used here is wood and / or other fuel that is used in the form of wood chips and / or pellets and / or in shape, grain size and flow behavior comparable particles.
Bei den bisher bekannten Holzvergasern wird das Brenngut oder der Brennstoff zunächst getrocknet und dann von oben - bevorzugt über ein Schiebersystem - in den Reaktor eingespeist. Im Reaktor herrschen verschiedene Temperaturzonen. Normalerweise ist ganz oben am Reaktor, bei dem Brennstoffeinlass, noch eine Zone, in der die Restfeuchte aus dem Brennstoff herausgetrocknet wird. Weiter unten im Reaktor befindet sich die so genannte „Schwelzone“ in der die chemische Zersetzung des Holzes bei Temperaturen bis zu 500°C, stattfindet. In der folgenden Oxidationszone wird die Vergasung bei Temperaturen zwischen ca. 900 und 1200°C, insbesondere zwischen 950 °C und 1050 °C, durchgeführt und nach Durchqueren der darauf folgenden Reduktionszone wird das Gas, insbesondere das Holzgas, nach unten abgeführt, die Asche ist Koks, insbesondere Holzkohlekoks und wird ebenfalls weiterverwendet.In the previously known wood gasifiers, the fuel or the fuel is first dried and then fed from above - preferably via a slide system - in the reactor. In the reactor there are different temperature zones. Normally, at the top of the reactor, at the fuel inlet, is still a zone in which the residual moisture is dried out of the fuel. Further down in the reactor is the so-called "smoldering zone" in which the chemical decomposition of the wood takes place at temperatures up to 500 ° C. In the following oxidation zone, the gasification is carried out at temperatures between about 900 and 1200 ° C, in particular between 950 ° C and 1050 ° C, and after passing through the subsequent reduction zone, the gas, in particular the wood gas, discharged down, the ash is coke, especially charcoal coke and is also used.
Bekannt ist also die Einführung des Brennstoffs von oben in den Reaktor und die Ableitung des brennbaren Gases im Strom oder Gegenstrom aus dem Reaktor heraus.Thus, the introduction of the fuel from above into the reactor and the discharge of the combustible gas in the stream or countercurrent out of the reactor are known.
Nachteilig an den bisher bekannten Reaktoren für die Holzvergasung ist, dass im Reaktor regelmäßig unten, bevorzugt in der Oxidationszone des Reaktors Hohlbrände entstehen.A disadvantage of the hitherto known reactors for wood gasification is that in the reactor regularly below, preferably in the oxidation zone of the reactor formed hollow fires.
Aufgabe der Erfindung ist deshalb, einen Holzvergaser und ein Verfahren zur Durchführung einer Holzvergasung zur Verfügung zu stellen, bei dem die Gefahr von Hohlbränden vermindert wird.The object of the invention is therefore to provide a wood gasifier and a method for carrying out a wood gasification available, in which the risk of hollow firing is reduced.
Die Lösung der Aufgabe wird durch den Gegenstand der Erfindung, wie in der Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen näher erläutert, wiedergegeben.The solution of the problem is represented by the subject matter of the invention, as explained in more detail in the description, the figures and the claims.
Gegenstand der Erfindung ist ein Holzvergaser mit einem Reaktor, der zumindest einen Einlass für die Zuführung von Brennstoff und einen zur Zuführung von Luft sowie zumindest zwei Auslässe hat, einen für Gas und einen für Asche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Einlass zur Zuführung von Brenngut unterhalb der Oxidationszone des Reaktors angeordnet ist. Außerdem ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Holzvergasung, bei dem das Brenngut unterhalb der Oxidationszone des Reaktors in den Reaktor eingespeist wird.The invention relates to a wood gasifier with a reactor having at least one inlet for the supply of fuel and one for supplying air and at least two outlets, one for gas and one for ashes, characterized in that at least one inlet for supplying fuel is arranged below the oxidation zone of the reactor. In addition, the subject matter of the invention is a process for wood gasification, in which the fuel is fed into the reactor below the oxidation zone of the reactor.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Hohlbrände im Wesentlichen dadurch entstehen, dass Brenngut wegen der Schwerkraft in der Oxidationszone oberhalb der Flamme Brücken bildet, unter denen sich dann Hohlbrände entwickeln.The invention is based on the finding that the hollow fires essentially result from the fact that firing material forms bridges due to gravity in the oxidation zone above the flame, under which hollow fires then develop.
Diese Hohlbrände führen zu extremen Energieschwankungen im Reaktor und behindern dadurch einen kontinuierlichen Prozessablauf. Das Problem wurde bisher nur durch Einführung von Vibratoren, die die Brückenbildung verhindern sollen, kostenintensiv gelöst. Hier wird durch die einfache Anordnung der Zufuhr und/oder des Einlasses von Brennstoff oder Brenngut unterhalb der Oxidationszone das Problem nahezu kostenneutral gelöst.These hollow fires lead to extreme energy fluctuations in the reactor and thus hinder a continuous process. So far, the problem has only been solved costly by introducing vibrators to prevent bridging. Here is solved by the simple arrangement of the supply and / or the inlet of fuel or fuel below the oxidation zone, the problem almost cost neutral.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung hat der Reaktor des Holzvergasers einen separaten Innenbehälter.According to an advantageous embodiment of the invention, the reactor of the wood gasifier has a separate inner container.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird das Brenngut von unten her durch beispielswei- 3 AT 009 842 U1 se eine Förderschnecke in den Reaktor hineingedrückt.According to a preferred embodiment, the kiln is pressed from below through, for example, a screw conveyor into the reactor.
Durch den Pressdruck der Förderschnecke bewegt sich das Brenngut innerhalb des inneren Behälters nach oben in die Oxidationszone hinein. Der innere Behälter ist nach oben hin beispielsweise mit einem Lochblech geschlossen, so dass das gesamte Brenngut innerhalb des inneren Behälters bleibt und dort nahezu vollständig vergast wird. Aus dem inneren Behälter treten nur das brennbare Gas und die Asche, die durch das Lochblech hindurch mit dem Gasstrom mitgerissen wird. So entsteht eine fast vollständige Verbrennung des eingesetzten Brenngutes mit hohem Wirkungsgrad.Due to the pressing pressure of the screw conveyor, the material to be fired moves upwards inside the inner container into the oxidation zone. The inner container is closed at the top, for example, with a perforated plate, so that the entire kiln remains within the inner container and is almost completely gasified there. From the inner container, only the combustible gas and the ash, which is entrained through the perforated plate with the gas flow. This results in almost complete combustion of the used fuel with high efficiency.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Luft, die in die Oxidationszone des Reaktors eingeführt wird, durch das Abgas des Blockheizkraftwerkes, dessen essentieller Bestandteil der Reaktor ist, vorgewärmt.According to a further advantageous embodiment, the air which is introduced into the oxidation zone of the reactor, by the exhaust gas of the cogeneration plant, whose essential part is the reactor, preheated.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das brennbare Gas nach oben hin aus dem Reaktor abgeleitet.According to an advantageous embodiment of the invention, the combustible gas is discharged upward from the reactor.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung endet an der Öffnung des Reaktors zur Zuführung von Brenngut die Förderschnecke, durch die, bevorzugt vorgewärmtes, Brenngut in den Reaktor eingepresst wird.According to an advantageous embodiment of the invention ends at the opening of the reactor for supplying fuel the auger through which, preferably preheated, kiln is pressed into the reactor.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Leitung vorgesehen, die die Abgasleitung mit der Zuführleitung verbindet. So kann Abgas aus dem Blockheizkraftwerk zur Vorwärmung und Trocknung des Brenngutes im Vorratsbehälter für Brenngut und/oder entlang der Förderschnecke eingesetzt werden. Dazu wird beispielsweise die Zuführleitung für das Brenngut, also beispielsweise die die Förderschnecke umgebende Zuführleitung, doppelwandig ausgebildet, so dass das Abgas durch die Doppelwand der Zuführleitung geführt wird und dabei seine Wärme an das in der Zuführleitung befindliche Brenngut und/oder die dort vorhandene Luft abgibt. Bevorzugt wird das Abgas dabei im Gegenstrom zum Brenngut geführt.According to an advantageous embodiment of the invention, a line is provided which connects the exhaust pipe to the supply line. Thus, exhaust gas from the cogeneration plant for preheating and drying of the fuel in the reservoir for kiln and / or along the screw conveyor can be used. For this purpose, for example, the feed line for the kiln, so for example, the feed screw surrounding feed, double-walled, so that the exhaust gas is passed through the double wall of the supply and thereby emits its heat to the fuel in the feed and / or the air present there , Preferably, the exhaust gas is thereby guided in countercurrent to the kiln.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist dabei die Abgasmenge, die zur Vorwärmung des Brenngutes durch die Doppelwand der Zuführleitung geführt wird, regel- und/oder steuerbar, je nach Bedarf. Im einfachsten Fall wird ein Ventil oder eine Abgasklappe in der Abgasleitung vorgesehen sein.According to a further embodiment, the amount of exhaust gas which is passed through the double wall of the feed line for preheating the fuel is regulated and / or controllable, as required. In the simplest case, a valve or an exhaust valve will be provided in the exhaust pipe.
Das Abgas kann auch - beispielsweise zusätzlich - anderweitig genutzt werden, beispielsweise durch Einleiten in einen Wärmetauscher.The exhaust gas can also - for example, in addition - be used elsewhere, for example by introducing it into a heat exchanger.
Nach einer weiteren Ausführungsform befindet sich oberhalb des Einlasses am Reaktor noch eine Luftklappe, mit der beliebig Frischluft in den Reaktor eingeführt werden kann.According to a further embodiment, there is above the inlet to the reactor still a louver, with any fresh air can be introduced into the reactor.
Bevorzugt sind im und am Reaktor nach dem Stand der Technik Temperatur und Druckmesser angebracht, über die der Verbrennungsverlauf beobachtet wird. Die Messergebnisse werden einer Regel- und Steuertechnik zugeführt, die automatisiert oder manuell regelnd und steuernd die Förderleistung der Zuführleitung, die Frischluftzufuhr etc. beeinflussen kann.Preferably, temperature and pressure gauge are mounted in and on the reactor according to the prior art, over which the combustion process is observed. The measurement results are fed to a control and control technology which can automatically or manually regulate and control the delivery rate of the supply line, the fresh air supply, etc. can influence.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das brennbare Gas oben aus dem Reaktor ausgeleitet und durch eine Gasreinigung/Kühlung in ein Blockheizkraftwerk eingeleitet.According to an advantageous embodiment of the invention, the combustible gas is discharged from the top of the reactor and introduced by a gas cleaning / cooling in a combined heat and power plant.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Brenngut bei ca. 60°C bis 140°C, insbesondere bei ca. 80°C durch das Abgas des Blockheizkraftwerkes vorgewärmt und vorgetrocknet.According to an advantageous embodiment of the invention, the kiln is preheated at about 60 ° C to 140 ° C, especially at about 80 ° C by the exhaust gas of the cogeneration plant and predried.
Im Folgenden wird die Erfindung noch anhand zweier Figuren, die bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen, näher erläutert: 4 AT 009 842 U1In the following, the invention is explained in more detail with reference to two figures which show preferred embodiments of the invention: 4 AT 009 842 U1
Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Gesamtanlage mit einem Holzvergaser nach der Erfindung:1 shows a schematic representation of an embodiment of an overall system with a wood gasifier according to the invention:
Zu erkennen ist ein trichterförmiger Vorratsbehälter 1 für die Vortrocknung des Brenngutes, also der Holzhackschnitzel oder des Waldhackgutes. Von diesem Trichter 1 wird das Brenngut, bevorzugt über die Förderschnecke 2, zum Reaktor 3 transportiert. Der Pfeil beim Bezugszeichen 3 in der Figur soll nur zeigen, dass der gesamte Reaktor mit der Ziffer 3 benannt wird, nicht aber, dass eine Befüllung des Reaktors von oben stattfindet. Die bekannte Befüllung der Reaktoren von oben wird gerade durch den Gegenstand der Erfindung überwunden und grundsätzlich eine Befüllung des Reaktors 3 mit Brenngut von unten her vorgeschlagen. Deshalb ist auch die Öffnung 4 für das Brenngut am Reaktor im unteren Drittel des Reaktors 3, unterhalb der Pyrolysezone in der Schwelzone 5 des Reaktors 3 angeordnet. Oberhalb der Schwelzone 5 mit beispielsweise ca. 300°C Betriebstemperatur ist die Pyrolysezone 6, darüber befindet sich die Oxidationszone 7 mit einer Betriebstemperatur im Bereich zwischen 900°C und 1250°C, insbesondere im Bereich zwischen 950°C und 1050°C. Die Temperaturen in der gesamten Anlage lassen sich nicht genau festlegen, weil verschiedenste Paktoren, (Luftzufuhr, Brenngut, Luftzusammensetzung, etc) die Temperaturen der einzelnen Bereiche beeinflussen.Evident is a funnel-shaped reservoir 1 for the predrying of the fuel, ie the wood chips or wood chippings. From this funnel 1, the kiln, preferably via the screw conveyor 2, transported to the reactor 3. The arrow at reference numeral 3 in the figure is only intended to show that the entire reactor is designated by the number 3, but not that a filling of the reactor takes place from above. The known filling of the reactors from above is just overcome by the subject of the invention and in principle proposed a filling of the reactor 3 with kiln from below. Therefore, the opening 4 for the combustible material at the reactor in the lower third of the reactor 3, below the pyrolysis zone in the carbonization zone 5 of the reactor 3 is arranged. Above the carbonization zone 5 with, for example, about 300 ° C. operating temperature is the pyrolysis zone 6, above this is the oxidation zone 7 with an operating temperature in the range between 900 ° C and 1250 ° C, in particular in the range between 950 ° C and 1050 ° C. The temperatures in the entire system can not be precisely determined because a variety of factors, (air supply, fuel, air composition, etc) affect the temperatures of each area.
Die Reduktion des Brenngutes findet in der noch höher gelegenen Reduktionszone 8 statt, in der beispielsweise Temperaturen um die 550°C herrschen.The reduction of the fuel takes place in the even higher reduction zone 8, in which, for example, temperatures around 550 ° C prevail.
Durch den Druck der Förderschnecke werden die unten bei der Öffnung 4 in den Reaktor 3 eingeführten Holzhackschnitzel im Reaktor nach oben gedrückt und passieren alle Zonen 5, 6, 7 und 8.As a result of the pressure of the screw conveyor, the wood chippings introduced into the reactor 3 at the bottom of the opening 4 are pushed upwards in the reactor and pass through all the zones 5, 6, 7 and 8.
Das brennbare Gas entsteht in der Reduktionszone 8 und wird oben durch eine hier nicht gezeigte Auslassöffnung über die Leitung 9 abgeführt, die unterhalb des Reaktors 3 in der Figur zu erkennen ist. Die Lage der Leitung 9 in der schematischen Figur 1 sollen nur das Schema der Anlage zeigen, nicht aber die wirkliche Anordnung der einzelnen Module zueinander.The combustible gas is produced in the reduction zone 8 and is discharged at the top through an outlet not shown here via the line 9, which can be seen below the reactor 3 in the figure. The position of the line 9 in the schematic figure 1 are intended to show only the scheme of the system, but not the actual arrangement of the individual modules to each other.
Unterhalb der Öffnung 4 für das Brenngut am Reaktor 3 sammelt sich die Asche, die kontinuierlich oder diskontinuierlich aus dem Reaktor 3 durch hier nicht extra eingezeichnete Auslässe abgeführt wird.Below the opening 4 for the fuel to the reactor 3, the ash collects, which is continuously or discontinuously discharged from the reactor 3 by not extra drawn here outlets.
Nach der Erfindung kann die Menge an Asche deutlich reduziert werden, weil alle vergasbaren Partikel im Reaktor nahezu vollständig vergast werden.According to the invention, the amount of ash can be significantly reduced because all gasifiable particles in the reactor are almost completely gasified.
Das Verbrennungsgas wird über eine Leitung 9 von oben in eine Gasreinigung 10 und schließlich in ein Blockheizkraftwerk 11 geleitet. Das warme Abgas aus diesem Blockheizkraftwerk 11 wird über eine Leitung 12 zur Trocknung und/oder Vorwärmung des Brenngutes und/oder zur Vorwärmung der Luft, die in die Oxidationszone 7 des Reaktors 3 eingeführt wird, genutzt. Beispielsweise ist die Förderschnecke 2 in einem zumindest doppelwandigen Schneckenrohr untergebracht. Zur Vorwärmung wird dann das Abgas durch die Doppelwand des Schneckenrohrs, bevorzugt gegenläufig zur Förderrichtung der Schnecke 2 durchgeführt, wobei das Abgas allmählich seine Wärme durch die Doppelwand hindurch in das Innere des Schneckenrohres abgibt und dabei in der Schnecke befindliches Gut (Brenngut und/oder Luft) erwärmt.The combustion gas is passed via a line 9 from above into a gas cleaning 10 and finally into a combined heat and power plant 11. The warm exhaust gas from this combined heat and power plant 11 is used via a line 12 for drying and / or preheating the combustible material and / or for preheating the air, which is introduced into the oxidation zone 7 of the reactor 3. For example, the screw conveyor 2 is housed in an at least double-walled screw tube. For preheating the exhaust gas is then passed through the double wall of the screw tube, preferably in opposite directions to the conveying direction of the screw 2, wherein the exhaust gradually releases its heat through the double wall into the interior of the screw tube and thereby in the auger befindliches Good (kiln and / or air ) is heated.
Nach einer Ausführungsform kann die Menge an Abgas, die zur Vorwärmung oder anderweitig beispielsweise durch Einleiten in einen Wärmetauscher genutzt wird, durch eine Abgasklappe in der Leitung 12 gesteuert werden. Die Stellung der Abgasklappe kann manuell oder automatisiert, beispielsweise angeschlossen an einen aufwendigen, dem Stand der Technik bekannten, Mess- und Regelapparat, gesteuert werden.According to one embodiment, the amount of exhaust gas used for preheating or otherwise, for example, by being introduced into a heat exchanger, may be controlled by an exhaust flap in the conduit 12. The position of the exhaust valve can be manually or automatically, for example, connected to a complex, known in the prior art, measuring and control apparatus, controlled.
Aus dem Blockheizkraftwerk 11 wird über die Leitungen 13 Strom und Wärme entnommen.From the cogeneration unit 11 13 power and heat is removed via the lines.
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