CH700444B1 - Vorrichtung zur Vergasung von organischen Stoffen zur Gewinnung von elektrischer und thermischer Energie. - Google Patents

Abstract

Die Vorrichtung zur Vergasung von z.B. Holz zur Gewinnung von elektrischer und thermischer Energie umfasst einen Trockner (9), der ausserhalb des Reaktors (13) angeordnet, und durch thermische Energie, die dem Gas im Filter (33) entzogen wird, beheizbar ist.

Description

[0001] Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Vergasung von organischen Stoffen zur Gewinnung von elektrischer und thermischer Energie gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Aus dem Stand der Technik sind seit Jahrzehnten Holzvergasungsanlagen bekannt. Während des Zweiten Weltkrieges wurden Holzvergasungsanlagen häufig an Automobilen angebaut, um das zu jener Zeit nicht vorhandene Benzin zu ersetzen. Die bei der Holzvergasung gleichzeitig entstehende Wärme wurde bei diesen Anlagen ungenutzt ins Freie abgeleitet. In jüngerer Zeit sind Holzvergasungsanlagen bekannt geworden, welche einerseits mit dem erzeugten Gas über eine Verbrennungsmaschine mechanische Energie erzeugen und diese für den Antrieb eines Generators nutzen. Die gleichzeitig entstehende Wärmeenergie kann zu Heizzwecken oder als Prozesswärme in verschiedenen technischen Bereichen genutzt werden. Die Verwendung der durch die Holzvergasung erzeugten elektrischen Energie ist problemlos verwertbar, da sie ins öffentliche Netz einspeisbar ist. Hingegen kann nicht immer mit einem kontinuierlichen Verbrauch von thermischer Energie gerechnet werden.

[0003] Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zur Vergasung von organischen Stoffen zur Gewinnung von elektrischer und thermischer Energie, welche einen kontinuierlichen Betrieb ermöglicht, d.h., bei welcher die erzeugte Wärme im Wesentlichen unabhängig von den Verbrauchern einer Zwischenspeicherung zuführbar ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Entleerung des Reaktors bei einer Verstopfung/Verklumpung der zu vergasenden Stoffe einfach zu gestalten. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin zu vermeiden, dass Teer in das gewonnene Gas gelangen kann.

[0004] Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen umschrieben.

[0005] Bei der Vergasung von Holz und anderen organischen Stoffen wird dem heissen Gas die Wärme durch entsprechende Wärmetauscher soweit wie möglich entzogen und einerseits zur Erwärmung von Wasser eingesetzt, welches in einem entsprechend dimensionierten und isolierten Behälter zwischengespeichert werden kann, bevor es – sei es als Heiz-, Brauch- oder Prozesswasser – abgegeben wird. Andererseits kann das heisse Gas auch zur Reinigung der Filterschläuche eingesetzt werden.

[0006] Durch den Entzug der Wärme innerhalb einer Filteranlage kann die Reinigung des Gases und dessen Abkühlung mit geringstem Raumbedarf durchgeführt werden. Nebst der als Wärme anfallenden Energie kann auch das Gas nach dessen Reinigung und Kühlung in einen Zwischenspeicher geführt werden und damit die Erzeugung von elektrischer Energie temporär unterbrochen werden, ohne den Reaktor für die Vergasung ausser Betrieb nehmen zu müssen.

[0007] Vorteilhafterweise wird ein Teil der thermischen Energie des Gases, mit welchem Wasser erwärmt worden ist, zur Vortrocknung des Stoffes benutzt, bevor dieses dem Reaktor zugeführt wird. Dadurch wird vermieden, dass das dem Stoff entzogene Wasser und Teer in den Reaktor gelangt. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird der Stoff über durch das Wasser beheizte Böden geführt, auf denen durch Schubstangen alternierend oder durch Ketten kontinuierlich der Stoff von Boden zu Boden transportiert wird.

[0008] Zusätzlich wird mit dem heissen Gas über einem Wärmetauscher Wasser erwärmt und ebenfalls zur Trocknung des Stoffes eingesetzt. Zusätzlich kann auch heisse Luft dem Etagentrockner zugeführt werden.

[0009] Dabei kann die heisse Luft durch die Stangen des Stangenvorschubs geführt und durch die Arme der Vorschubstangen ausgeblasen werden. Dabei wird gleichzeitig der meist in Schnitzelform vorliegende Stoff aufgelockert.

[0010] Bevorzugt wird der Trockner als unabhängig aufgestellte Anlage seitlich über dem Reaktor angeordnet, so dass der getrocknete Stoff von oben in den Reaktor geleitet werden kann. Der Trockner steht dabei thermisch nicht in Verbindung mit dem Reaktor. Die Beschickung des Reaktors erfolgt portionenweise, wobei durch geeignete Klappen die direkte Verbindung zwischen Trockner und Reaktor stets unterbrochen ist.

[0011] Besonders vorteilhaft ist der Abtransport von Asche am unteren Ende des Reaktors durch einen zylindersegmentförmigen Rost in einen Aschensammler, der zugleich durch geeignete Mittel mit einem Staubförderer, z.B. der Filter- und Gaskühlanlage, verbunden sein kann. Im Weiteren gelingt es, bei der Beschickung des Trockners mit organischem Material wie Holz in Form von Holzschnitzeln mit einem Kettentransport mitgeführte Verunreinigungen wie Steine, Sand und dergleichen schon vor Erreichen des Trockners auszusieben. Mit einer Magnettrommel können auch Eisenteile zurückgehalten werden. Die Anordnung des Wärmespeichers im Erdboden oder zumindest grösstenteils unterhalb des Bodens ist kostengünstig, da beispielsweise mit Hilfe von Valorone-Spundwänden und einer innen ausgelegten Kunststoffauskleidung und Isolation (von Wänden/Boden/Decke) ein kostengünstiger Gross-Erdspeicher geschaffen wird.

[0012] Anhand eines illustrierten Ausführungsbeispiels mit Holz als Beispiel für einen zu vergasenden Ausgangsstoff wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt die einzige <tb>Fig.<SEP>eine Vorrichtung zum Vergasen von Holz zur Erzeugung von elektrischer und thermischer Energie.

[0013] Mit einer Krananlage 1 oder einem anderen geeigneten Beschickungsmittel werden Holz in Form von Schnitzeln 2 oder andere organische Materien, die vergasbar sind, einem Kettenförderer 3 zugeführt. Dieser transportiert das Holz von der Schüttstelle 5 auf einer schiefen Bahn zur Auswurfstelle 7 über einem Trockner 9, z.B. einem Etagentrockner. Auf dem Transportweg schiebt die Transportkette des Kettenförderers 3 die zu vergasenden Stoffe über einen Siebbereich über einem Trichter 11, welcher lose Feinstteile des Holzes wie Sand, Steine oder Metallteile auffängt und in einem Behälter 13 sammelt. Mit einem Magnet 10, z.B. einer Magnettrommel, können Eisenteile ausgeschieden werden. Am Ende der Transportstrecke des Kettenförderers 3 fallen die vorgereinigten Holzteile in den Trockner 9. Sie gelangen vorerst auf den obersten Schubboden 15, auf welchem ein Stangenvorschub 17 mit Armen 19 alternierend hin- und hergeschoben wird. Durch die oszillierende Bewegung des Stangenvorschubs 17 gelangen die Holzschnitzel 2 von Arm zu Arm und werden dabei umgeschichtet und gleichzeitig von links nach rechts transportiert. Am Ende des Stangenvorschubs 17 (rechts im Bild) fallen die Holzschnitzel 2 auf die nächste Etage zum nächsten Schubboden, bis sie am Ende des zuunterst liegenden Schubbodens 15 ́ entweder direkt oder vorzugsweise über einen Portionenförderer 21 von oben in einen Reaktor 23 fallen können. Der Portionenförderer 21 ist derart aufgebaut, dass zwischen dem Reaktor 23 und dem Trockner 9 stets eine Klappe eine direkte Verbindung verhindert. Es erfolgt also eine portionenweise Förderung.

[0014] Das untere Ende des Reaktors 23 ist durch einen segmentförmigen Rost 25 verschlossen. Der Rost 25 kann durch geeignete Antriebsmittel um eine Achse A hin- und hergeschwenkt werden. Durch die Schwenkbewegung kann die sich am unteren Ende des Reaktors sammelnde Asche einem Trichter 27 zugeführt werden, aus dem letztere über geeignete Fördermittel 29 abgeführt wird.

[0015] Der Reaktor 23 weist an seinem oberen Ende eine Öffnung 24 auf, in welche das vorgetrocknete Material vom Portionenförderer in den Reaktor 23 gelangt und von dort sukzessive zum Vergasungsbereich nach unten gleitet. In diesem Zwischenbereich findet keine Trocknung mehr statt, sondern es findet ausschliesslich eine Zwischenspeicherung statt, bevor das Material nach unten in den Vergasungsteil gelangt. Mit Hilfe von zustellbaren Klappen 26, welche beispielsweise mit Pneumatikzylindern oder Spindeltrieb verstellt werden können, kann das von oben nach unten gleitende Material mengenmässig eingestellt werden. Je nach Beschaffenheit bezüglich Grösse oder Form muss die Öffnung über dem Rost grösser oder kleiner ausgebildet werden. Der Bereich des Reaktors 23, in welchem die Klappen 26 und darunter der Rost 25 angeordnet sind, ist rechteckförmig. Dies ermöglicht es, rechteckige Klappen 26 und einen rechteckigen Rost 25 zu verwenden. Dies im Gegensatz zu den bekannten Reaktoren, welche einen runden Querschnitt haben und daher das Einsetzen und Betätigen von beweglichen Klappen 26 und eines beweglichen Rosts 25 ausschliesst. Der Rost ist derart gelagert, dass er bei einer allfälligen Verstopfung um beispielsweise 90° geschwenkt werden kann und dadurch der gesamte Inhalt des Reaktors nach unten in den Trichter fallen kann. Damit wird erreicht, dass einerseits eine schmutzige Arbeit, nämlich das Ausräumen des gesamten Inhalts des Reaktors, verhindert werden kann und andererseits dadurch der Unterbruch der Gaserzeugung wesentlich kürzer wird.

[0016] Aus dem unteren Ende des Trichters 27 wird die dort sich ansammelnde Asche mit einer Austragsschnecke 28 weggefördert.

[0017] Für die Zufuhr von Frischluft sind am Reaktor 23 seitlich Luftzuführöffnungen ausgebildet.

[0018] Vom Reaktor 23 führt eine Leitung 31 das heisse Gas zu einem kombinierten Gasfilter und Gaskühler 33. Ein Ventilator 35 transportiert dabei das heisse Gas aus dem Reaktor 23 und fördert dieses mit geeignetem Druck in den Gaskühler und Gasfilter 33 bzw. in den Raum, in dem Filterschläuche 37 angeordnet sind. Parallel zu den Filterschläuchen 37 sind im Filter 33 wasserführende Platten oder Leitungen 39, welche als Wärmetauschelemente fungieren, angeordnet. Die Leitungen 39 können zusätzlich zur Erhöhung des Wirkungsgrades mit Lamellen versehen sein (Lamellen nicht dargestellt). Das untere Ende des Raumes, in dem der Filter und Kühler eingesetzt sind, ist zum Sammeln und Austragen der ausgefilterten Partikel mit einem Förderer 41 verbunden, der die ausgefilterten Verunreinigungen zu einer Sammelstelle 43 fördert, welche auch die Asche aus dem Reaktor 23 aufnehmen kann. Das im Filter 33 gekühlte und gereinigte Gas wird mit einer Pumpe 45 durch die Filterschläuche 37 abgesaugt und in einen Gasspeicher 47 eingepresst. Selbstverständlich könnte das Gas auch direkt einem Verbraucher zugeführt werden.

[0019] Um die Filterschläuche 37 sporadischer reinigen zu können, kann aus einem Druckbehälter 49, der über einen Kompressor 51 mit Gas geladen wird, explosionsartig und in Intervallen Gas in die Filterschläuche 37 geblasen und dadurch der anhaftende Kohlenstaub gelöst werden, so dass sich dieser unterhalb der Filterschläuche 37 sammelt und durch den Förderer 41 abtransportiert werden kann.

[0020] Das im Gasspeicher 47 gespeicherte, gereinigte und gekühlte Gas kann nun über eine Druckleitung 53 einem Gasmotor 55 oder einer Gasturbine zugeleitet und dort in mechanische Energie und anschliessend in elektrische Energie umgewandelt werden. Die bei der Umwandlung des Gases in mechanische Energie im Gasmotor 55 anfallende Wärme wird – wie die im Filter 33 anfallende thermische Energie – einem (Vor-)Wärmespeicher 57 zugeführt. Dabei handelt es sich um einen optimal isolierten Wassertank. Alternativ kann sowohl die beim Verbrennungsvorgang im Gasmotor 55 anfallende thermische Energie als auch jene aus dem Filter 33 einem vorzugsweise im Erdreich verlegten isolierten, z.B. im Erdreich ausgebildeten Behälter 59 zugeführt werden. Vorzugsweise ist der Behälter vollständig im Boden verlegt und kostengünstig durch im Erdreich eingerammte Spundwände hergestellt, die einerseits mit einer Wärmeisolation innenseitig abgedeckt und von einem PVC-Belag oder einer PVC-Folie flüssigkeitsdicht abgedichtet sind. Der Behälter 59 von beispielsweise einem Durchmesser von 12 m und einer Höhe oder Tiefe von 9 m ermöglicht es, grosse Treibhaus- und Industrieanlagen sowie Wohnhäuser kontinuierlich mit Fernwärme nach Bedarf zu versorgen.

Legende

[0021] <tb>1<SEP>Krananlage <tb>2<SEP>Holzschnitzel <tb>3<SEP>Kettenförderer <tb>5<SEP>Schüttstelle <tb>7<SEP>Auswurfstelle <tb>9<SEP>Trockner <tb>10<SEP>Magnet <tb>11<SEP>Trichter <tb>13<SEP>Behälter <tb>15<SEP>Schubboden <tb>17<SEP>Stangenvorschub <tb>19<SEP>Arme von 19 <tb>21<SEP>Portionenförderer <tb>23<SEP>Reaktor <tb>24<SEP>Öffnung <tb>25<SEP>Rost <tb>26<SEP>Klappen <tb>27<SEP>Trichter <tb>28<SEP>Austragsschnecke <tb>29<SEP>Fördermittel <tb>31<SEP>Holzgasleitung <tb>33<SEP>Filter <tb>35<SEP>Ventilator <tb>37<SEP>Filterschläuche <tb>39<SEP>Leitungen <tb>41<SEP>Förderer <tb>43<SEP>Sammelstelle <tb>45<SEP>Gaspumpe <tb>47<SEP>Gasspeicher <tb>49<SEP>Druckbehälter <tb>51<SEP>Kompressor <tb>53<SEP>Druckleitung <tb>55<SEP>Gasmotor <tb>57<SEP>Vorwärmespeicher <tb>59<SEP>Behälter

Claims (14)

1. Vorrichtung zur Vergasung von organischen Stoffen zur Gewinnung von elektrischer und thermischer Energie, umfassend – einen Gasreaktor (23) zur Teilverbrennung oder Pyrolyse des Stoffes, – einen Trockner (9) zur Reduktion des Wassergehalts des Stoffes, – ein Beschickungsmittel zum Beschicken des Trockners (9) mit Stoffen und des Reaktors (23) mit getrocknetem Stoff, – einen Filter (33) als Gasreiniger und Kühler zum Entfernen von Verunreinigungen im gewonnenen Gas, dadurch gekennzeichnet, dass im Boden des Reaktors (23) ein zylindersegmentförmiger Rost (25) angeordnet ist, der durch einen Antrieb zum Abführen von Asche bewegbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rost (25) zur Entleerung des Reaktorraumes um 90° schwenkbar ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Gasreinigung ein Filter (33) mit einer Mehrzahl von Filterelementen (37) eingesetzt ist, zwischen denen Wärmetauschelemente (39) zum Entzug thermischer Energie aus dem Gas, das vom Gasreaktor (23) zugeführt wird, eingesetzt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der dem Gas entzogenen thermischen Energie zum Trocknen des zugeführten Stoffes in dem vom Reaktor unabhängigen, externen Trockner (9) verwendet wird.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Vorwärmespeicher (57) und/oder einen isolierten Mengenbehälter (59) aufweist, wobei die im Filter (33) dem Gas entzogene thermische Energie dem Vorwärmespeicher (57) und/oder dem isolierten Mengenbehälter (59) zugeleitet wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Gasspeicher (47), einen Gasmotor oder eine Gasturbine (55) aufweist, wobei das gereinigte Gas dem Gasspeicher (47), dem Gasmotor oder der Gasturbine (55) zugeleitet wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärme des Gasmotors oder der Gasturbine (55) dem Vorwärmespeicher (57) und/oder dem Behälter (59) zugeleitet wird.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Trockner (9) als vom Reaktor (23) unabhängiges Bauelement ausgebildet ist und durch die dem Gas entzogene thermische Energie beheizbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der in Gestalt von Schnitzeln (2) dem Trockner (9) zugeführte Stoff während der Trocknung auf mehreren Böden (15) nacheinander durch alternierende Transportmittel (17) gefördert, umgewälzt und mit heissem Wasser oder mit Warmluft getrocknet wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der getrocknete Stoff direkt oder über einen Portionenförderer (21) in den Reaktorraum des Reaktors (23) gefördert wird.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Beschickung des Trockners (9) ein Kettenförderer eingesetzt ist, bei dem Kettenförderer (3) der Förderzwischenboden als ein Siebbodenblech ausgeführt ist, wodurch Fein- und Feinstanteile des Stoffes in einen angebrachten Trichter (11) aussiebbar sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass am Kettenförderer (3) ein Magnet (10) zum Entfernen von Eisenteilen angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die gewonnene thermische Energie auf Wasser übertragen und in einem in der Erde versetzten, vollisolierten Behälter (59) als Mengenspeicher gespeichert wird.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (59) durch im Erdreich eingerammte Spundwände und eine Überdeckung gebildet wird.