DE102006042636A1

DE102006042636A1 - Gasgenerator und Verfahren zu dessen Betrieb

Info

Publication number: DE102006042636A1
Application number: DE102006042636A
Authority: DE
Inventors: Adolf Garkisch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-09-01
Filing date: 2006-08-31
Publication date: 2007-05-31
Also published as: DE202006020624U1

Abstract

Gasgenerator (30), welcher aufweist: einen mit kohlenstoffhaltigem Material beschickbaren Gasgeneratorschacht (32) mit einem oberen Bereich und einem unteren Bereich, eine ringförmige Reduktionskammer (86), welche über einen Ringspalt (80) mit dem unteren Bereich des Gasgeneratorschachts (32) verbunden ist, und mindestens eine Injektionsbrennkammer (52), welche ein Luftstrahldüse (56) und eine Verbindung zum oberen Bereich des Gasgeneratorschachts (32) zum Ansaugen von Schwelgasen aufweist und welche auf einen Bereich oberhalb des Ringspalts (80) gerichtet ist, um Schwelgase zu verbrennen und die Temperatur im Bereich oberhalb des Ringspalts (80) zu erhöhen. Verfahren zum Betreiben eines Gasgenerators, welcher einen Gasgeneratorschacht (32), eine Reduktionskammer (86), einen Ringspalt (80), welcher den Gasgeneratorschacht (32) mit der Reduktionskammer (86) verbindet, und einen Rost (60) aufweist, welcher radial innerhalb des Ringspalts angeordnet ist, welches Verfahren die folgenden Schritte aufweist: A) Der Gasgeneratorschacht wird mit kohlenstoffhaltigem Brennmaterial beschickt; B) über den Rost (60) wird dem Gasgeneratorschacht (32) Luft zugeführt, um das kohlenstoffhaltige Brennmaterial zumindest teilweise in Holzkohle umzuwandeln bzw. zu vergasen und durch die entstehende Hitze das übrige Brennmaterial zu erhitzen; C) die durch die Erhitzung des Brennmaterials entstehenden Schwelgase werden abgesaugt und oberhalb des Ringspalts (80) verbrannt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasgenerator und ein Verfahren zu dessen Betrieb.
Gasgeneratoren werden beispielsweise verwendet, um aus Holzabfällen durch Vergasung ein Produktgas zu erzeugen, mit dem geeignete Verbrennungsmotoren antreibbar sind.

Die DE 35 23 765 A1 offenbart einen Gasgenerator. Bei einem solchen Gasgenerator kann es immer wieder zu Schwierigkeiten kommen, da bspw. der Prozess unbeabsichtigt zum Stillstand gelangt. Dies bewirkt, dass ein Dauerbetrieb nur schlecht bzw. überhaupt nicht möglich ist.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen neuen Gasgenerator und ein neues Verfahren zu dessen Betrieb bereit zu stellen.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Gasgenerator gemäß Patentanspruch 1.

Bei einem solchen Gasgenerator kann durch die Verbindung der Reduktionskammer mit dem Gasgeneratorschacht über einen Ringspalt die erzeugte Hitze gut in dem Gasgeneratorschacht aufsteigen und zur Erwärmung des Brennmaterials dienen. Das Richten der Injektionsbrennkammer auf einen Bereich oberhalb des Ringspalts ermöglicht ebenfalls eine Erwärmung des Brennmaterials im Gasgeneratorschacht. Außerdem erleichtert die Konstruktion im Betrieb ein Nachrutschen von Brennmaterial.

Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Gasgenerators gemäß Patentanspruch 23.

Durch die Zuführung der Luft in einem Bereich, welcher radial innerhalb des Ringspalts liegt, kann sich die entstehende Hitze gut im Gasgeneratorschacht ausbreiten. Die Verbrennung der Schwelgase oberhalb des Ringspalts führt zu einer weiteren Erhitzung dieses Bereichs und damit zu einer guten und relativ sauberen Vergasung, da der Anteil an Teeren und Benzolen stark verringert wird.

Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 43 und ein Verfahren gemäß Anspruch 70.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen, sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigen:
1 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gasgenerators,
2 einen Schnitt durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Reduktionskammer,
3 eine schematische Darstellung einer Gasgeneratoranlage,
4 einen Schnitt durch ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Reduktionskammer,
5 einen Schnitt durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen kegelförmigen Rost,
6 eine schematische Darstellung eines Gasgenerators mit einer Trogförderschnecke,
7 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Trogförderschnecke,
8 einen Schnitt entlang der Linie VIII-VIII aus 7,
9 einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Gasgenerators,
10 eine abgeänderte Ausführungsform des Gasgenerators aus 9, und
11 eine Abwandlung des Gasgenerators aus 1 bzw. 5.
In den Figuren werden gleiche und/oder gleichwirkende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen und üblicherweise nicht doppelt beschrieben.
1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Gasgenerators 30 nach der Erfindung. Der Gasgenerator 30 weist einen kegelförmigen, sich nach oben verjüngenden Gasgeneratorschacht 32 und eine Schleusenkammer 34, die an ihrer Unterseite über einen Schieber 36 mit einer an der Oberseite des Gasgeneratorschachts 32 angeordneten Beschickungsöffnung 38 verbunden ist, auf. Die Schleusenkammer 34 ist an ihrer Oberseite über einen Schieber 37 mit einer Brennstoffzufuhrvorrichtung 35, z.B. einer mit einem Silo verbundenen Schnecke verbunden.
Im unteren Bereich des Gasgeneratorschachts 32 ist eine Mehrzahl von Luftstrahlpumpen 50, 50' (z. B. sechs Stück) mit zugeordneten Injektorbrennkammern 52, 52' angeordnet, wobei diese jeweils im Wesentlichen am Umfang des Gasgeneratorschachts 32 und schräg nach unten auf dessen Mittelachse 33 gerichtet angeordnet sind.
Im Folgenden wird exemplarisch die Luftstrahlpumpe 50 beschrieben, wobei die übrigen Luftstrahlpumpen im Wesentlichen gleich ausgebildet sind.
Die Luftstrahlpumpe 50 ist außen über ein Schwelgasansaugrohr 54 mit dem oberen Bereich des Gasgeneratorschachts 32 verbunden, um der Luftstrahlpumpe 50 Schwelgas zuführen zu können. Die Luftstrahlpumpe 50 weist weiterhin eine Luftstrahldüse 56 auf, um der weiter innen liegenden Injektionsbrennkammer 52 Luft zuzuführen und durch den Pumpeneffekt Schwelgas über das Schwelgasansaugrohr 54 anzusaugen. Die Injektionsbrennkammer 52 ist von einem Keramikmantel 58 umgeben, um eine Zerstörung durch hohe Temperaturen zu verhindern.
Am Boden des Gasgeneratorschachts 32 ist zentral ein kegelförmiger Rost 60 angeordnet, dessen Spitze 62 nach oben zeigt. Der kegelförmige Rost 60 weist an seinem Kegelmantel eine Vielzahl von Düsen 64 (z.B. 120 Stück mit jeweils 12 mm Durchmesser) in Form von Ausnehmungen auf, und er ist über eine Lageranordnung 65, 67 drehbar gelagert und mit einem steuerbaren Antrieb 66 versehen. Weiterhin ist der kegelförmige Rost unten mit einer Luftzuführung 68 verbunden, welche über eine Drehdurchführung 70 mit einem Lufteinlass 72 zur Zuführung von Luft verbunden ist.
Radial außerhalb des kegelförmigen Rosts 60 und unterhalb desselben ist ein Ringspalt 80 mit einem äußeren Ring 82 und einem inneren Ring 84 vorgesehen, wobei der Ringspalt 80 den Gasgeneratorschacht 32 mit einer ringförmigen Reduktionskammer 86 verbindet. Der äußere Ring 82 und der innere Ring 84 sind als Düsenringe ausgestaltet, und sie weisen auf ihrer dem Ringspalt zugeordneten Seite eine Mehrzahl an Düsen 88 in Form von Ausnehmungen in den Ringmänteln der Ringe 82 und 84 zur Zuführung von Luft in den Bereich des Ringspalts 80 auf. Der innere Düsenring 84 ist bevorzugt mit dem kegelförmigen Rost 60 fest verbunden und wird über dessen Zuleitung 68 mit Luft versorgt. Der Ringspalt 80 hat bspw. eine Breite von 10 cm.
Die Reduktionskammer 86 weist einen ringförmigen Rost 90 auf. Der Rost 90 ist bevorzugt als Schamotterost 90 ausgebildet. In einer weiteren Ausführungsform ist der Rost 90 als Filter 90 ausgebildet, insbesondere als Keramikfilter 90, welches z.B. aus porösen Keramikplatten aufgebaut ist. Bevorzugt weist das Filter 90 Poren mit einer Porengröße von ungefähr 0,8 mm auf. Unterhalb des Schamotterosts 90 verjüngt sich die ringförmige Reduktionskammer 86 nach unten hin und mündet schließlich in ein Gassammelrohr 92, welches als Rohrring ausgestaltet ist.
Ein Produktgasauslass 94 ist mit dem Gassammelrohr 92 verbunden, um das erzeugte Produktgas z.B. einem Verbraucher zuzuführen.
Der Gasgeneratorschacht 32 ist an seiner Außenhülle von einem Kühlmantel 100 umgeben, dem durch einen Lufteinlass 102 Kühlluft zuführbar ist. Die erwärmte Kühlluft wird über einen zugeordneten Luftauslass 103 abgeleitet.
Die ringförmige Reduktionskammer 86 ist entsprechend von einem äußeren Kühlmantel 104 und einem inneren Kühlmantel 106 umgeben, wobei der äußere Kühlmantel 104 einen Lufteinlass 108 und einen Luftauslass 113 aufweist und der innere Kühlmantel 106 einen Lufteinlass 110 und einen Luftauslass 112 aufweist.
Arbeitsweise
Zum Starten des Gasgenerators 30 wird der bevorzugt gasdicht ausgebildete obere Schieber 37 geöffnet, und die bevorzugt mit einem Rührwerk ausgebildete Schleusenkammer 34 wird befüllt. Anschließend wird der obere Schieber 37 geschlossen. Daraufhin wird der untere Schieber 36 geöffnet, und dem Gasgenerator 32 wird über die Beschickungsöffnung 38 kohlenstoffhaltiges Brennmaterial wie z.B. Sägespäne zugeführt. Dabei ermöglicht der Gasgeneratorschacht 32 dadurch, dass er sich nach unten hin erweitert bzw. zumindest keine größere Verengung aufweist, ein sicheres Nachrutschen des Brennmaterials nach unten. Die Schieber 36 und 37 werden dabei nicht gleichzeitig geöffnet, und dem Gasgeneratorschacht 32 wird weiters Brennmaterial zugeführt, sobald dies erforderlich ist.
Über eine – nicht dargestellte – Ölzündlanze wird der Vergasungsprozess gezündet, und über die über die Düsen 64 des kegelförmigen Rosts 60 zugeführte Luft wird über dem kegelförmigen Rost 60 schnell eine Temperatur von über 1.000 °C erreicht. Hierdurch wird das sich in dem Gasgeneratorschacht 32 befindliche Brennmaterial erhitzt und der Vergasungsprozess in Gang gesetzt.
Im Betrieb bilden sich eine Trocknungszone I und eine Schwelzone II aus, wobei in der Trocknungszone I der Feuchtigkeitsgehalt des Brennmaterials vermindert wird, und in der Schwelzone II aufgrund der hohen Temperatur und der mangelnden Sauerstoffzufuhr ein Schwelprozess stattfindet, bei dem ein Schwelgas entsteht. Das Schwelgas besteht im Wesentlichen aus Phenol, Teer, Benzol und Wasserdampf. Der Schwelprozess wird auch als Pyrolyseprozess und das Schwelgas als Pyrolysegas bezeichnet.
Über die Luftstrahldüsen 56, 56' wird Luft unter Druck in die Injektionskammern 52, 52' eingeblasen, und über den hierbei auftretenden Strahlpumpeneffekt (Venturi-Effekt) werden die Schwelgase über die Schwelgasansaugrohre 54, 54' aus dem Gasgeneratorschacht 32 abgesaugt. Alternativ wäre der Einsatz eines anderen Pumpentyps möglich. In den Injektionsbrennkammern 52, 52' geschieht ein Verbrennungsvorgang mit dem Schwelgas und der Luft. Dies führt zum einen zur Verringerung der unerwünschten Phenole, Teere und Benzole, und zum anderen entsteht oberhalb des Ringspalts 80 eine hohe Temperatur, da die Injektionsbrennkammern 52, 52' auf diesen Bereich gerichtet sind.
Die Injektionsbrennkammern 52, 52' sind zum Gasgeneratorschacht 32 hin nach unten gerichtet, um ein Eindringen von Holzkohle in die Injektionsbrennkammern 52, 52' zu verhindern bzw. zumindest zu verringern, um so eine Verbrennung der Schwelgase in einer offenen Injektionsbrennkammer 52, 52' zu ermöglichen.
Über dem kegelförmigen Rost 60 bildet sich in einer so genannten Verkokungszone III aus dem Brennmaterial Holzkohle, welche kontinuierlich vergast wird und über den kegelförmigen Rost 60 in den Ringspalt 80 nachrutscht. Im Ringspalt 80 und über dem ringförmigen Schamotterost 90 wird die Holzkohle bei über 1000 °C nochmals intensiv vergast, um einen möglichst schnellen Vergasungsprozess zu erhalten.
Weiterhin werden der aus der Injektionsbrennkammer 52 ausströmende Wasserdampf (H₂O) und das ausströmende Kohlendioxid (CO₂) beim Zusammentreffen mit der Holzkohle gespalten, und es entstehen Methan (CH₄), Wasserstoff (H₂) und Kohlenmonoxid (CO), wobei das Methan einen großen Anteil aufweist. Diese heißen Gase strömen durch den Ringspalt 80 und reißen feste Kohlenstoffpartikel und Holzasche bis zu dem Schamotterost 90 mit, wobei eine Nachvergasung durch die im Bereich des Ringspalts 80 durch die Düsen 88 eintretende Luft erfolgt.
Das Heizgas strömt über die sich nach unten verjüngende Reduktionskammer 86 in das Gassammelrohr 92 und von dort über den Produktgasauslass 94 als ca. 900 °C heißes Produktgas aus dem Gasgenerator 30 heraus.
Bevorzugt sind der kegelförmige Rost 60 und der mit diesem verbundene innere Düsenring 84 über ein Radiallager 65 und ein Axiallager 67 drehbar gelagert und durch den Antrieb 66 antreibbar, um eine Bewegung der sich über dem kegelförmigen Rost 60 bildenden Holzkohle in Richtung des Ringspalts 80 und ein Durchrieseln der Holzkohle durch den Ringspalt 80 sicherzustellen.
Die in den kegelförmigen Rost 60 eintretende Luft ist auf ca. 650 °C vorgewärmt, um dem Vergasungsprozess möglichst wenig Energie zu entziehen. Die Drehdurchführung 70 und die Lageranordnung 65, 67 sind ausgebildet, um derartigen Temperaturen standzuhalten Bei der Drehdurchführung 70 ist bevorzugt zwischen der Zuleitung 68 und der Drehdurchführung ein – nicht dargestellter – Rohrmantel angeordnet, der von z.B. 120 °C heißer Kühlluft durchströmt wird. Der Rohrmantel umgibt also die Zuleitung 68.
Im Bereich des Radiallagers 65 ist die Zuleitung 68 bevorzugt ebenfalls von einem Rohrmantel mit durchströmender Kühlluft umgeben, um das Radiallager 65 vor Hitze zu schützen.
Das Axiallager 67 ist bevorzugt als Kohlenstofflager ausgebildet, und es wird ebenfalls mit Kühlluft gekühlt, um dessen Temperatur unter der maximal zulässigen Temperatur von 450 °C zu halten.
Bei einer Zuführung von trockener Heißluft über dem Lufteinlass 72 entstehen über dem kegelförmigen Rost 60 Temperaturen von ca. 1300 °C. Durch Erhöhen des Wasseranteils in der Heißluft wird die Temperatur an den einzelnen Düsen 64 des Rosts 60 auf ca. 1000 °C gesenkt. Die Erhöhung des Wasseranteils geschieht beispielsweise über die Zuführung von Heißwasser über eine – nicht dargestellte – Dosierdüse außerhalb des Lufteinlasses 72. Durch das zusätzliche Wasser entsteht zusammen mit dem Kohlenstoff zusätzlicher Wasserstoff und zusätzliches Kohlenmonoxid (CO), und hierdurch wird der Wärmeinhalt des Produktgases, der üblicherweise bei ca. 1250 kcal/nm³ liegt, weiter erhöht.
Das durch den beschriebenen Vergasungsprozess entstehende Nutzgas enthält nur einen sehr geringen Anteil an Teeren und Phenolen, im Idealfall ist er frei von diesen Stoffen.
Der Vergasungsprozess weist drei Stufen auf:

a) Auf Grund des Aufsteigens der über dem Kegelrost und dem Ringspalt entstehenden Hitze findet ein Ausschwelen der so genannten Flüchtigen im Gasgeneratorschacht, insbesondere in der Pyrolysezone, statt. Hierdurch entstehen insbesondere heißer Teer, heiße Phenole, heißer Benzol und heißer Wasserdampf.
b) Die Flüchtigen werden abgesaugt und in den holzkohlefreien Injektionsbrennkammern 52, 52' weitgehend (vollständig) verbrannt. Hierdurch entstehen heiße Gase, insbesondere Wasserdampf und Kohlendioxid mit einer Temperatur von über 1000 °C.
c) Die heißen Gase treffen insbesondere in der Reduktionszone mit über dem kegelförmigen Rost entstandener weitgehend reiner Holzkohle, d.h. mit Kohlenstoff (C) zusammen, und durch Reduktion entstehen insbesondere Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Methan.

Das Verbrennen der Flüchtigen in der Stufe b) verhindert, dass diese durch den Ringspalt 80 zum Produktgasauslass 94 und damit zum Endverbraucher gelangen. Dies geschieht beispielsweise, wenn sich in der Holzkohleschüttung über dem kegelförmigen Rost 60 und über dem Ringspalt 80 so genannte Kaltkanäle ausbilden, durch die nicht abgesaugte Flüchtige durchdringen könnten.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Reduktionskammer 86, bei der im Unterschied zu 1 ein zusätzlicher, bezüglich des Ringspalts 80 im Wesentlichen zentral angeordneter Düsenrohrring 96 im Wesentlichen mittig unterhalb des Ringspalts 80 und oberhalb des Schamotterosts 90 angeordnet ist.
Der Düsenrohrring 96 ist über ein oder mehrere (bevorzugt 6 Stück) Verbindungsrohre 98 mit dem äußeren Düsenring 82 verbunden und wird über diesen mit heißer Luft (ca. 650 °C) versorgt. Die Luft wird über Düsen 97 ausgeblasen, wobei in einer bevorzugten Ausführungsform ein Teil der Düsen in Richtung zum Ringspalt und damit entgegen der Fließrichtung der Holzkohle ausgerichtet sind, um eine Verwirbelung der restlichen Holzkohle zu erzielen und damit eine möglichst vollständige Vergasung zu erreichen.
Weiterhin sind im Bereich der Reduktionskammer 86 Kompensatoren 120 vorgesehen, um bei Temperaturänderungen die durch die Ausdehnung bzw. das Zusammenziehen des Mantels der Reduktionskammer 86 entstehenden Spannungen zu kompensieren und eine Zerstörung der Schweißnähte zu verhindern.
3 zeigt eine schematische Darstellung der gesamten Gasgeneratoranlage 150. Ein Gebläse 152 erzeugt einen Luftstrom. Die Luft gelangt über ein Rohr 154 mit einer Temperatur von ca. 120 °C in den Kühlmantel 100 des Gasgeneratorschachts 32 und durchströmt diesen, z.B. über den Lufteinlass 102 und den Luftauslass 103 aus 1. Die Luft kühlt dabei die besonders heißen Zonen des Gasgeneratorschachtmantels. Nachdem die Luft den Kühlmantel 100 des Gasgeneratorschachts 32 durchlaufen hat, wird sie den Kühlmänteln 104, 106 der Reduktionskammer bzw. einem gemeinsamen Kühlmantel 106' (vgl. 4) zugeführt, um den Reduktionskammermantel zu kühlen. Dabei wird die Luft auf ca. 300 °C weiter erwärmt.
Anschließend wird die Luft über ein Rohr 156 zu einem Wärmetauscher 158 geführt. Der Wärmetauscher 158 ist weiterhin mit einem Rohr 160 verbunden, durch welches das ca. 850 °C warme Produktgas vom Produktgasauslass 94 zum Endverbraucher 166 transportiert wird. In dem Wärmetauscher 158 wird Wärme von dem Produktgas auf die Luft in dem Rohr 156 übertragen, um diese zu dem Vergasungsprozess zurückzuführen. Die auf ca. 600 °C erwärmte Luft wird anschließend über die Luftstrahldüsen 56, 56', über den äußeren Düsenring 82 und über den kegelförmigen Rost 60 sowie den inneren Düsenring 84 dem Vergasungsprozess zugeführt.
Zwischen dem Produktgasauslass 94 und dem Wärmetauscher 158 ist bevorzugt ein Heißgasfilter 157 angeordnet, das trotz der hohen Temperatur des Produktgases ein Herausfiltern von Asche und Kohlepartikeln ermöglicht. Das herausgefilterte Material wird an der Unterseite des Heißgasfilters 157 entsorgt. Als Filtermaterial wird bevorzugt ein geeignetes Keramikfiltermaterial verwendet.
Die Anordnung des Heißgasfilters 157 vor dem Wärmetauscher ist vorteilhaft, da der Wärmetauscher 158 hierdurch wesentlich weniger verunreinigt wird und daher seltener gereinigt bzw. gewartet werden muss.
Das Produktgas wird hinter dem Wärmetauscher 158 einem Gaskühler 162 zur weiteren Abkühlung zugeführt. Der Gaskühler 162 dient zur Erzeugung des Heißwassers (z.B. 140 °C Temperatur und 6 bar Druck), das der Heißluft über die nicht dargestellte Injektordüse zugeführt wird. Das Heißwasser verdampft anschließend in der heißen Luft, und das Heißluft-Wasserdampf-Gemisch wird durch die Luftdüsen 88, 64 in die Reduktionszone eingeblasen, um die Temperatur bei konstanter Luftzufuhr auf ca. 1000 °C konstant zu halten. Gleichzeitig dient das Einblasen des heißen Wassers (H₂O) zur zusätzlichen Bildung von Wassergas, d.h. von H₂ und CO.
Anschließend wird das Produktgas einem Filter 164 zur Abscheidung von Asche und anderen festen Bestandteilen zugeführt. Sofern ein Heißgasfilter 157 vor dem Wärmetauscher 158 vorgesehen ist, kann das Filter 164 entfallen.
Anschließend wird das Produktgas als Reingas einem Verbraucher 166, insbesondere einem Gasmotor zugeführt.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer Reduktionskammer 86.
Während die Reduktionskammer 86 aus 2 von einem äußeren Kühlmantel 104 und einem inneren Kühlmantel 106 umgeben ist, ist die Reduktionskammer 86 aus 4 von einem gemeinsamen Kühlmantel 106' umgeben. Bei einem solchen Kühlmantel 106' werden auch nur ein Lufteinlass 108' und ein – nicht dargestellter – Luftauslass benötigt. Des Weiteren ermöglicht der Kühlmantel 106' auch eine Kühlung des Gassammelrohrs 92, da dieses von dem Kühlmantel 106' umgeben ist. Durch die Kühlung können die in 2 gezeigten Kompensatoren 120 zwischen der Reduktionskammer 86 und dem Gassammelrohr 92 entfallen, was Kosten spart.
Der Rohrring 96', der sich unterhalb des Ringspalts 80 befindet, ist mit dem inneren Düsenring 84 bzw. mit dem kegelförmigen Rost 60 über ein oder mehrere (bevorzugt sechs Stück) Verbindungsrohre 98' verbunden. Über die Verbindungsrohre 98' wird dem Rohrring 96' heiße Luft zugeführt, und zusätzlich führt eine Drehung des kegelförmigen Rosts 60 und des inneren Rings 84 zu einer Drehung des Rohrrings 96'. Hierdurch wird ein sicheres Durch- bzw. Nachrieseln der durch den Ringspalt mitgerissenen Holzkohlepartikel gewährleistet, und es wird einer Verstopfung der Reduktionskammer 86 entgegengewirkt.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des Rosts 60 und der mit diesem verbundenen Teile.
Der Rostinnenraum 130 wird von dem Rost 60, dem mit dem Rost 60 verbundenen inneren Düsenring 84 und dem Rostboden 132 begrenzt, und dem Rostinnenraum 130 wird über ein Ventil 136 heiße Luft zugeführt. Die heiße Luft wird anschließend zum einen über die Düsen 64 des Rosts 60 und zum andern über die Düsen 88 des inneren Düsenrings 84 dem Vergasungsprozess zugeführt. Hierfür ist der innere Düsenring 84 über Öffnungen 134 (bevorzugt ca. 13 Stück) mit dem Innenraum 130 des Rosts 60 verbunden.
Über das Ventil 136 wird auch der Rohrring 96' mit Luft versorgt. Hierzu ist der Rohrring 96' über die Verbindungsrohre 98' mit dem Ventil 136 verbunden.
Das Ventil 136 ist dazu ausgebildet, eine Steuerung der durch den Lufteinlass 72 eintretenden Luft zu ermöglichen. Insbesondere ermöglicht das Ventil 136 in einer vorgegebenen Ventilstellung, die durch den Lufteinlass 72 eintretende Luft vollständig über den Rohrring 96' auszublasen, um eine vollständige Verbrennung der sich auf dem Rost/Filter 90 befindlichen Partikel zu ermöglichen. Dabei wird auch die Luft, die üblicherweise in den kegelförmigen Rost 60 und den inneren Ring 84 eingeblasen wird, im Wesentlichen vollständig in den sich bevorzugt drehenden Rohrring 96' umgeleitet. In vorgegebenen Zeitabständen wird so während eines vorgegebenen Freibrennintervals der (Keramik-)Rost 96' freigebrannt, wobei die Zeitabstände bevorzugt vom Verstopfungswiderstand des Keramikrosts abhängig vorgegeben werden. Man spricht auch von einem Abbrennen oder Freibrennen des Rosts/Filters 90.
Das Ventil 136 weist ein Ventilgehäuse 138 auf, das an seiner Oberseite 140 geschlossen ist, und das mit jedem Verbindungsrohr 98' durch Öffnungen 142 luftdurchlässig verbunden ist. Außerdem weist das Ventilgehäuse 138 oberhalb der Öffnungen 142 eine Mehrzahl (bevorzugt sechs Stück) an Öffnungen 144 auf, über die das Ventilgehäuse 136 mit dem Rostinnenraum 130 luftdurchlässig verbunden ist.
In dem Ventilgehäuse 138 ist eine axial verschiebbare Ventilhülse 146 angeordnet. Die Ventilhülse 146 ist an beiden Enden offen, und sie weist an ihrem Umfang eine Mehrzahl von Öffnungen 148 auf, deren Größe in etwa der Größe der Verbindungsöffnungen 142 zwischen dem Ventilgehäuse 138 und den Verbindungsrohren 98' entspricht. Die Ventilhülse 146 weist an ihrer Unterseite einen Steg 150 auf, an dem eine steuerbare Ventilverstellvorrichtung 152 zum Verschieben der Ventilhülse 146 befestigt ist.
Die Ventilhülse 146 ist in einer oberen Position dargestellt. In dieser Position verdeckt die Ventilhülse 146 komplett die Öffnungen 144 zum Rostinnenraum 130, so dass keine Luft in den Rostinnenraum 130 gelangt. Die Öffnungen 148 der Ventilhülse 146 überlappen dagegen im Wesentlichen komplett mit den Öffnungen 142 zu den Verbindungsrohren 98', so dass die durch den Lufteinlass 72 eingeblasene Luft komplett dem Rohrring 96' zugeführt wird und ein Freibrennen des Rosts und/oder Filters 90 ermöglicht.
Wird die Ventilhülse 146 dagegen nach unten geschoben, so befindet sie sich nach einer vorgegebenen Strecke unterhalb der Öffnungen 144, und dem Rostinnenraum 130 wird Luft zugeführt. Gleichzeitig werden die Öffnungen 148 der Ventilhülse 146 gegenüber den Verbindungsöffnungen 142 verschoben, so dass dem Rohrring 96' weniger bzw. keine Luft mehr zugeführt wird.
Durch Zwischenstellungen der Ventilhülse 146 ist die dem Rostinnenraum 130 und/oder dem Rohrring 96' zugeführte Luftmenge in Zwischenstufen steuerbar.
Anstatt die Luft vom Ventil 96' über den Rostinnenraum 130 dem inneren Düsenring 84 zuzuführen, ist es auch möglich, die Luft vom Ventil 96' beispielsweise durch ein Rohr zuerst dem inneren Düsenring 84 zuzuführen und anschließend über die Öffnungen 134 dem Rostinnenraum 130 zuzuführen.
6 zeigt den Gasgenerator 30 in Verbindung mit einer schematisch dargestellten Trogförderschnecke 35. Über die Trogförderschnecke 35 wird das Brennmaterial, bevorzugt holzbasiertes Brennmaterial wie Holzspäne, Hackschnitzel und/oder Sägespäne aus einem Sägewerk, von einem niedriger gelegenen Silo zu der Schleusenkammer 34 transportiert.
7 zeigt eine Seitenansicht der Trogförderschnecke (Schneckentransportvorrichtung) 35, und 8 zeigt einen Schnitt durch die Trogförderschnecke 35.
Die Trogförderschnecke 35 weist ein bevorzugt mit Mineralwolle isoliertes Schneckengehäuse 180 mit einem Brennmaterialauslass 202, eine Schnecke 182 mit einer Schneckenachse 184 und einem Schneckengewinde (Förderblätter) 186, mehrere um die untere Hälfte der Schnecke 182 angeordnete Heizrohre 188 sowie einen oberhalb der Schnecke 184 angeordneten Hohlraum 190 auf. Der Hohlraum 190 mündet am oberen Ende des Schneckengehäuses 180 in einen Abzug 192, in dem ein Lüfter 194 vorgesehen ist Die Heizrohre 188 sind in einem Kreislauf über ein Rohr 196 mit dem Wärmetauscher 158 verbunden.
Die Schnecke 182 ist mit einem Antrieb (Motor) 198 gekoppelt.
Zur Förderung von Brennmaterial 200 wird die Schnecke 180 durch den Motor 198 in Bewegung gesetzt. Hierdurch wird Brennmaterial 200 durch die Schnecke 182 nach oben transportiert, wobei die Schnecke 182 derart ausgebildet ist, dass ein Transport auch bei einer nur teilweise mit Brennmaterial 200 gefüllten Schnecke 182 möglich ist. Am Brennmaterialauslass 202 gelangt der geförderte Brennstoff schließlich in die Schleusenkammer 34.
Die im Wesentlichen über die gesamte Länge des Schneckengehäuses 180 verlaufenden Heizrohre 188 werden von einem heißen Fluid durchströmt, bevorzugt von Wärmeträgeröl mit einer Temperatur von ca. 200 °C, welches von einer – nicht dargestellten – Pumpe durch die Heizrohre gepumpt wird. Hierzu sind die Heizrohre 188 über das Rohr 196 mit dem Wärmetauscher 158 verbunden. Das Wärmeträgeröl wird so durch die Wärme des ebenfalls durch den Wärmetauscher 158 strömenden Nutzgases aufgewärmt.
Durch die als Heizung wirkenden Heizrohre 188 wird das Brennmaterial 200 während des Transports erhitzt, und das Brennmaterial 200 wird getrocknet. Bei Holzspänen wurde beispielsweise eine Trocknung von 35 % Wassergehalt (Feuchte) auf 10 % Wassergehalt erreicht werden. Der bei der Trocknung entstehende Wasserdampf wird über den Hohlraum 190 nach oben transportiert und anschließend über den Abzug 192 z.B. einem Schornstein zugeführt. Für einen besseren Abtransport des Wasserdampfs ist in dem Abzug 192 der Lüfter 194 zur Absaugung vorgesehen.
Durch die Vortrocknung des Brennmaterials 200 in der Trogförderschnecke 35 wird der Vergasungsvorgang in dem Gasgenerator 30 begünstigt.
Die Schnecke 182 ist bevorzugt derart ausgestaltet, dass sie durch den Transport das Brennmaterial lockert, und die Schnecke 182 ist bevorzugt nur zur Hälfte mit Brennmaterial gefüllt, zumindest jedoch nicht vollständig gefüllt.
Es wird darauf hingewiesen, dass es sich bei den in der Anmeldung gemachten Temperaturangaben im Inneren des Gasgeneratorschachts 32 und der Reduktionskammer 86 nicht um genaue Angaben handelt, da eine Messung nicht überall möglich ist. Die Grenzen zwischen den einzelnen Zonen I bis V dienen der Veranschaulichung und entsprechen nicht zwingend den physikalischen Grenzen.
9 zeigt ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel eines Gasgenerators 30' mit einem Gasgeneratorschacht 32 und einem Kühlmantel 100', mindestens einer Luftstrahlpumpe 50'' mit einer Luftstrahldüse 56 und einer schräg nach unten gerichteten Injektionsbrennkammer 52'', welche von einem Kühlmantel 208 umgeben ist, einem gelochten Rost 60' mit einer Schieberplatte 220, einem Rost/Filter 90, welcher bevorzugt als Keramikfilterplatte ausgebildet ist, einer Brennstoffzufuhrvorrichtung 35, welche bevorzugt als Verdichterschnecke ausgebildet ist, einem Schieber 37 und einem Füllstandsmesser 222.
Über die Brennstoffzufuhrvorrichtung 35 wird dem Gasgenerator 32 Brennstoff, insbesondere Holzspäne bzw. gehäckselte und getrocknete Biomasse, zugeführt. Der Schieber 37 verhindert eine Entzündung des Brennstoffs in der Brennstoffzufuhrvorrichtung 35. Über den Füllstandsmesser 222 wird die Füllung des Gasgeneratorschachts 32 in vorgegebenen Abständen manuell oder automatisch gemessen, indem der stabförmige Füllstandsmesser 222 – bevorzugt pneumatisch – erst nach oben gezogen und daraufhin nach unten abgesenkt wird, bis dessen untere Platte 223 auf den mechanischen Widerstand des Brennstoffs stößt. Über die Stellung des Füllstandsmessers 222 kann dann die Füllhöhe ermittelt werden. Die automatische Messung geschieht bevorzugt iterativ über eine Steuervorrichtung, insbesondere eine SPS (speicherprogrammierte Steuerung), die auch die Brennstoffzufuhr und die Luft- bzw. Sauerstoffzufuhr zur Steuerung des Prozesses steuert.
Die für die Nutzgasgenerierung vorgesehene Luft (also sauerstoffhaltiges Gas) wird bevorzugt über einen Lufteinlass 102' dem ringförmigen Kühlmantel 100' zugeführt, um diesen zu kühlen und die Luft dabei zu erwärmen. Von dem Kühlmantel 100' gelangt die Luft über einen Lufteinlass 72' direkt in den Bereich des Rostes 60'. Die Luft aus dem Kühlmantel 100' wird außerdem über den mit dem Kühlmantel 100' verbundenen Kühlmantel 208 der Injektionsbrennkammer 52'' der Luftstrahldüse 56 zugeführt. Diese Art der Luftzuführung ist vorteilhaft, da durch die Verteilung ausgehend vom Kühlmantel 100' bis auf die Zuführung 102' keine externen Leitungen außerhalb des Gasgenerators 30' benötigt werden. Dies vereinfacht die Konstruktion, und eine solche Luftzuführung kann auch bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen verwendet werden.
Nach dem Entzünden entsteht durch die Luftzufuhr zum Rost 60' oberhalb und seitlich des einen flachen Bereichs 224 und einen steilen Bereich 226 aufweisenden Rost 60' eine Verkokungszone III und eine Reduktionszone V, in welchen sich im wesentlichen reine Holzkohle befindet. Der Bereich des Gasgeneratorschachts 32 unterhalb des unteren Rands der Brennkammer 52'' kann als Reduktionsschacht bezeichnet werden. Über die Schieberplatte 220 sind die Öffnungen 64 des Rosts 60' insbesondere im steilen Bereich 226 regulierbar, um den Gasgenerierungsprozess zu steuern und ein Freibrennen des Filters 90 von Asche und Holzkohlepartikeln zu ermöglichen. Oberhalb der Verkokungszone III und der Reduktionszone V bilden sich die Schwelzone II und die Trocknungszone I aus, und die Schwelgase werden über die Luftstrahlpumpe 50'' abgesaugt und in der Brennkammerzone IV verbrannt, wie dies bei 1 beschrieben ist.
Das unterhalb des Filters 90 aus dem Produktgasauslass 94 austretende Nutzgas wird gereinigt, vgl. 3 mit Beschreibung.
10 zeigt einen Gasgenerator 30'', welcher einige bevorzugte Abwandlungen aufweist. Der Gasgeneratorschacht 32' verjüngt sich von seiner breitesten Stelle aus sowohl leicht nach oben also auch stärker und trichterförmig nach unten, so dass er einen Trichter 300 aufweist. Der Trichter 300 hat am unteren Ende einen Trichtermund 301, welcher in die Reduktionskammer 86 mündet. Im Bereich der Reduktionskammer 86 ist eine Luftstrahlpumpe 50''' vorgesehen, welche als Wirbelinjektor mit einer Venturidüse und einem tangentialem Treibstrahl ausgebildet ist. Solche Wirbelinjektoren 50''' erzeugen durch den entstehenden Wirbel eine sehr starke Förderleistung und gleichzeitig eine intensive Vermischung der Luft des Treibstrahls mit dem angesaugten Schwelgas. Die Luftstrahlpumpe 50''' ist über ein Schwelgasansaugrohr 54''' mit dem oberen Bereich des Gasgeneratorschachts 32' verbunden. Die Reduktionskammer 86 hat einen Rost (ein Keramikfilter) 90, und die Injektorbrennkammer 52''' ist schräg nach unten auf den Rost 90 gerichtet. Die Luftstrahlpumpe 50''' ist neben der zentralen Luftzuführung 56 mit zwei weiteren Luftzuführungen bzw. Luftdüsen 56''' und 56'''' versehen. In der Düse 56'''' ist eine Flammglühkerze 53 zur Zündung des Prozesses vorgesehen. Der Rost 90 ist über eine Führung und eine Öffnung 91 auswechselbar. Der Bereich der Reduktionskammer 86, der sich unterhalb des Rostes 90 befindet, hat eine Schrägung, die in einem Auslass 99 zur Ascheentleerung mündet. Weiterhin ist in dem unteren Bereich der Reduktionskammer 86 ein Zyklon (Filterstrecke) 302 vorgesehen, über den das durch den Rost 90 strömende Produktgas nach oben in den Bereich um den Trichter 300 herum gelangen kann. Dort wird das Produktgas über einen spiralförmigen Ringraum um den Trichter nach oben geführt und über einen Produktgasauslass 94 zur weiteren Verarbeitung bereitgestellt. Der Gasgenerator 30'' ist in diesem Ausführungsbeispiel mit einer – an einigen Stellen angedeuteten – umgebenden Isolierung 101 anstelle eines Kühlmantels 100 versehen. Die maximale Temperatur kann auch ohne Kühlung begrenzt werden, indem die Luftzufuhr in den Gasgenerator begrenzt wird. Als Isolierung 101 wird bevorzugt Steinwolleschicht verwendet. An Stellen mit Temperaturen über 600 °C wird zusätzlich eine innere Schicht mit Keramikwolle vorgesehen, z.B. 2 cm dick.
Arbeitsweise
Der Gasgenerator 30'' wird betriebsbereit gemacht, indem in den sich über dem Rost 90 befindlichen oberen Bereich der Reduktionskammer 86 Holzkohle eingebracht wird und der Gasgeneratorschacht 32' von oben mit Brennstoff befüllt wird. Anschließend wird der Prozess in Gang gebracht, indem über die Düse 56'''' bei eingeschalteter Flammglühkerze 53 heiße Luft zugeführt wird, welche zur Erhitzung und Verbrennung der sich auf dem Rost 90 befindlichen Holzkohle führt. Die dabei entstehende Hitze steigt im Gasgeneratorschacht 32' nach oben und führt zur Erwärmung des Brennmaterials. Hierdurch wird der Schwelprozess in Gang gesetzt, und das Schwelgas wird über das Schwelgasansaugrohr 54''' mit Hilfe des Wirbelinjektors 50''' angesaugt. Anschließend wird das Schwelgas in der Brennkammer 52''' – bevorzugt 100%ig – verbrannt, und in der feststofffreien Brennkammer entstehen Temperaturen von bspw. 1.000 °C. Über die lanzenförmige, zentrale Luftzufuhr 56 kann ein gutes bzw. optimales Mischungsverhältnis eingestellt werden.
Bei der Verbrennung des Schwelgases entsteht CO₂ und H₂O. Diese Gase treffen auf die sich in der Reduktionskammer befindlichen bspw. 1.000 °C heiße Holzkohle (C), und dadurch reduzieren die Gase mit der Holzkohle zu CO und H₂ sowie CH₄. Es entsteht somit ein Nutzgas, welches weitgehend bzw. komplett teer- und phenolfrei ist, und somit auch als Motorgas verwendbar ist. Das durch den Rost 90 hindurchströmende Nutzgas gelangt über den unteren Bereich der Reduktionskammer 86 und den Zyklon 302 in den spiralförmigen Ringraum 304, der den Trichter 300 umgibt, und nach dem Durchlaufen des Ringraumes gelangt es über den Produktgasauslass 94 aus dem Gasgenerator 30'' hinaus. Durch den Zyklon 302 erfolgt eine Vorreinigung des Nutzgases, und durch das Durchlaufen des spiralförmigen Ringraums 304 erfolgt ein Erhitzen des Trichters 300 bzw. ein Abkühlen des Nutzgases. Durch das Erhitzen des Trichters 300 zum einen durch das Nutzgas und zum anderen durch die bei der Reduktion der Holzkohle im oberen Bereich der Reduktionskammer 86 entstehende Wärme startet im Bereich des Trichters 300 bei über 600 °C ein Pyrolyse- bzw. Verkokungsvorgang, und die hierbei entstehende Holzkohle rieselt durch den Trichtermund 301 in die Reduktionskammer 86.
Die weitere Verarbeitung des Nutzgases geschieht so wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen.
Die Ausbildung der Pyrolysezone 111 im Bereich des Trichters 300 kann auch über Luftzufuhr in diesem Bereich erfolgen, wie dies in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen gezeigt ist. Die Ausbildung einer Pyrolysezone über Hitze und damit ohne Luft- bzw. Sauerstoffzufuhr ist vorteilhaft, da hierdurch weniger Stickstoff aus der Luft zugeführt wird, was den Heizwert erhöht.
Ein Vorteil des Gasgenerators 30'' liegt darin, dass die Pyrolysezone III einen Abstand von der Brennkammerzone IV hat. Hierdurch wird vermieden, dass in dem Gasgeneratorschacht 32' entstehendes Schwelgas durch den Trichter 300 nach unten gelangt (so genannte Fehlströmung), sondern das Schwelgas wird sicher über das Schwelgasansaugrohr 54''' abgesaugt, da der Druck in der Brennkammer wegen der Luftstrahlpumpe 50''' größer als der Druck im Gasgeneratorschacht 32' ist.
11 zeigt einen Gasgenerator 30''' mit einem sich nach oben verjüngenden Gasgeneratorschacht 32'' und einem kegelförmigen Rost 60, welcher entsprechend dem Gasgenerator aus 10 einige bevorzugte Abwandlungen aufweist. Der kegelförmige Rost 60 dient auch hier zur Ausbildung einer Verkokungs- bzw. Pyrolysezone III, indem der Bereich oberhalb des Rosts 60 auf über 500 °C erhitzt wird. Wie bei dem Ausführungsbeispiel in 10 sind auch hier die Luftstrahlpumpen 50''' bzw. 50'''' als Wirbelinjektoren ausgebildet, und es wird bevorzugt ein Wirbelinjektor wie in 10 verwendet. Die Luftstrahlpumpen 50''' sind unterhalb des kegelförmigen Rosts 60 und unterhalb des Ringspalts 80 angeordnet.
Hierdurch wird eine Trennung der Pyrolyse- bzw. Verkokungszone III von der Reduktionszone IV in der Reduktionskammer 86 bewirkt, was die oben beschriebenen Vorteile hat.
Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfache Abwandlungen und Modifikationen möglich.

Claims

Gasgenerator (30), welcher aufweist: Einen mit kohlenstoffhaltigem Material beschickbaren Gasgeneratorschacht (32) mit einem oberen Bereich und einem unteren Bereich, eine ringförmige Reduktionskammer (86), welche über einen Ringspalt (80) mit dem unteren Bereich des Gasgeneratorschachts 32 verbunden ist, und mindestens eine Injektionsbrennkammer (52), welche eine Luftstrahldüse (56) und eine Verbindung zum oberen Bereich des Gasgeneratorschachts (32) zum Ansaugen von Schwelgasen aufweist, und welche auf einen Bereich oberhalb des Ringspalts (80) gerichtet ist, um Schwelgase zu verbrennen und die Temperatur im Bereich oberhalb des Ringspalts (80) zu erhöhen.
Gasgenerator nach Anspruch 1, bei welchem ein Rost (60) im unteren Bereich des Gasgeneratorschachts (32) und radial innerhalb des Ringspalts (80) angeordnet ist, welcher dazu ausgebildet ist, dem Gasgeneratorschacht (32) Luft zuzuführen.
Gasgenerator nach Anspruch 2, bei welchem der Rost (60) ein kegelförmiger Rost (60) ist.
Gasgenerator nach Anspruch 2 oder 3, bei welchem der Rost (60) drehbar ausgebildet ist.
Gasgenerator nach Anspruch 4, bei welchem ein steuerbarer Antrieb (66) vorhanden ist, um den Rost (60) zu drehen.
Gasgenerator nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei welchem im Bereich des Rosts (60) eine steuerbare Ventilvorrichtung (136) vorgesehen ist, um die Menge der zugeführten Luft zu steuern.
Gasgenerator nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei welchem der Rost (60) eine Drehdurchführung (70) zur Durchführung von Luft aufweist.
Gasgenerator nach einem der Ansprüche 2 bis 7, bei welchem der Rost (60) eine Luftzuführung (68) aufweist, die von einem rohrförmigen Kühlmantel umgeben ist.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Ringspalt (80) einen inneren Ring (84) und einen äußeren Ring (86) aufweist, wobei der innere Ring (84) und der äußere Ring (86) dazu ausgebildet sind, in den Bereich des Ringspalts (80) Luft einzublasen.
Gasgenerator nach Anspruch 9, bei welchem der innere Ring (84) drehbar gelagert ist.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem unterhalb des Ringspalts (80) ein Rohrring (96, 96') angeordnet ist, welcher dazu ausgebildet ist, Luft in die Reduktionskammer (86) einzublasen.
Gasgenerator nach Anspruch 11, bei welchem der Rohrring (96, 96') dazu ausgebildet ist, Luft in Richtung des Ringspalts (80) einzublasen, um eine Verwirbelung zu erzeugen.
Gasgenerator nach Anspruch 11 oder 12, bei welchem der Rohrring (96') drehbar gelagert ist.
Gasgenerator nach Anspruch 13, bei welchem der Rohrring (96') mit einem drehbaren Rost (60) verbunden ist, um eine gemeinsame Drehung zu ermöglichen.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem in der Reduktionskammer (86) ein Rost (90), insbesondere ein Schamotterost angeordnet ist.
Gasgenerator nach Anspruch 15, bei welchem der Rost (90) als Filter ausgebildet ist, um größere Partikel herauszufiltern.
Gasgenerator nach Anspruch 16, bei welchem das Filter (90) als Keramikfilter ausgebildet ist, insbesondere als Keramikfilter aus porösen Keramikplatten.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Reduktionskammer (86) nach unten hin sich verjüngend ausgebildet ist.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Gasgeneratorschacht (32) sich nach oben verjüngend ausgebildet ist.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Gasgeneratorschacht (32) zumindest teilweise von einem Kühlmantel (100) umgeben ist, um eine Kühlung zu ermöglichen.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Reduktionskammer (86) zumindest teilweise von einem Kühlmantel (104, 106, 106') umgeben ist.
Gasgenerator nach Anspruch 20, bei welchem die Reduktionskammer (86) in ein Gassammelrohr (92) mündet, und bei welchem das Gassammelrohr (92) von einem Kühlmantel (106') umgeben ist, um das Gassammelrohr (92) zu kühlen.
Gasgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welchem eine Schneckentransportvorrichtung (35) zur Zuführung des kohlenstoffhaltigen Materials (200) zugeordnet ist.
Gasgenerator nach Anspruch 23, bei welchem die Schneckentransportvorrichtung (35) zur Trocknung des kohlenstoffhaltigen Materials (200) ausgebildet ist.
Gasgenerator nach Anspruch 34 oder 24, bei welchem die Schneckentransportvorrichtung (35) Heizrohre (188) aufweist, die mit einem Wärmetauscher (158) verbunden sind.
Gasgenerator nach Anspruch 25, bei welchem in dem Wärmetauscher (158) eine Wärmeübertragung von einem in dem Gasgenerator (30) erzeugten Produktgas auf ein in den Heizrohren (188) zirkulierendes Fluid erfolgt.
Gasgenerator nach Anspruch 25, bei welchem das Fluid ein Wärmeträgeröl ist.
Verfahren zum Betreiben eines Gasgenerators, welcher einen Gasgeneratorschacht (32), eine Reduktionskammer (86), einen Ringspalt (80), welcher den Gasgeneratorschacht (32) mit der Reduktionskammer (86) verbindet, und einen Rost (60) aufweist, welcher radial innerhalb des Ringspalts angeordnet ist, welches Verfahren die folgenden Schritte aufweist: A) Der Gasgeneratorschacht wird mit kohlenstoffhaltigem Brennmaterial beschickt; B) über den Rost (60) wird dem Gasgeneratorschacht (32) Luft zugeführt, um das kohlenstoffhaltige Brennmaterial zumindest teilweise in Holzkohle umzuwandeln bzw. zu vergasen und durch die entstehende Hitze das übrige Brennmaterial zu erhitzen; C) die durch die Erhitzung des Brennmaterials entstehenden Schwelgase werden abgesaugt und oberhalb des Ringspalts (80) verbrannt
Verfahren nach Anspruch 28, bei welchem oberhalb des Ringspalts zum Gasgeneratorschacht hin offene Brennkammern (52, 52') angeordnet sind, und bei welchem Verfahren im Schritt C) die Schwelgase in den Brennkammern (52, 52') verbrannt werden.
Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, bei welchem die bei der Verbrennung der Schwelgase entstehenden Gase in der Reduktionskammer (86) zusammen mit der Holzkohle reduziert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 30, bei welchem im Bereich des Ringspalts (80) Luft zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 31, bei welchem ein Rand (84) des Ringspalts (80) zumindest zeitweise in Drehung gesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 32, bei welchem der Rost (60) zumindest zeitweise gedreht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 33, bei welchem unterhalb des Ringspalts in der Reduktionskammer (86) ein Rohrring (96, 96') angeordnet ist, um der Reduktionskammer (86) Luft zuzuführen.
Verfahren nach Anspruch 34, bei welchem die durch den Ringspalt zugeführte Luftmenge in vorgegebenen Zeitabständen erhöht wird, um in der Umgebung vorhandene Partikel zu verbrennen, insbesondere Partikel, die sich auf einem Rost (90) befinden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 35, bei welchem der dem Gasgenerator (30) zugeführten Luft Wasser beigemischt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 36, bei welchem zumindest ein Teil der dem Gasgenerator (30) zugeführten Luft zuerst an dem Gasgeneratorschacht (32) vorbeigeführt wird, anschließend an der Reduktionskammer (86) vorbeigeführt, und anschließend über den Rost (60) dem Gasgeneratorschacht (32) zugeführt wird, um zum einen die Luft zu erwärmen und zum anderen den Mantel des Gasgeneratorschachts (32) und der Reduktionskammer (86) zu kühlen.
Verfahren nach Anspruch 37, bei welchem dem Gasgenerator (30) ein Wärmetauscher (158) zugeordnet ist, bei welchem das in dem Gasgenerator (30) erzeugte Produktgas durch den Wärmetauscher geleitet wird, und bei welchem die Luft in dem Wärmetauscher (158) erwärmt wird, bevor sie über den Rost (60) dem Gasgeneratorschacht (32) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 38, bei welchem das in dem Gasgenerator (30) erzeugte Produktgas durch ein Heißfilter (157) zur Filterung von Asche und Kohlepartikeln geleitet wird, und anschließend durch einen Wärmetauscher (158) geleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 39, bei welchem das kohlenstoffhaltige Brennmaterial (200) durch eine Schneckentransportvorrichtung (35) zum Gasgenerator (30) transportiert wird.
Verfahren nach Anspruch 40, bei welchem das kohlenstoffhaltige Brennmaterial (200) während des Transports in der Schneckentransportvorrichtung (35) getrocknet wird.
Verfahren nach Anspruch 41, bei welchem zum Trocknen des kohlenstoffhaltigen Brennmaterials (200) Energie des in dem Gasgenerator (30) erzeugten Produktgases verwendet wird.
Gasgenerator (30), welcher aufweist: Einen mit kohlenstoffhaltigem Material befüllbaren Gasgeneratorschacht (32) mit einem oberen Bereich und einem unteren Bereich, eine Kammer (86) zur Reduktion, welche mit dem unteren Bereich des Gasgeneratorschachts (32) verbunden ist, mindestens eine Injektionsbrennkammer (52) zum Verbrennen von Schwelgasen, welche eine Luftstrahldüse (56) und eine Verbindung (54) zum oberen Bereich des Gasgeneratorschachts (32) zum Ansaugen von Schwelgasen aufweist, und welche auf einen ersten Bereich, welcher unterhalb des oberen Bereichs angeordnet ist, gerichtet ist, um dort die Temperatur zu erhöhen, wobei in der Kammer (86) zur Reduktion ein Filter (90) zur Filterung größerer Partikel angeordnet ist.
Gasgenerator (30) nach Anspruch 43, bei welchem der erste Bereich im unteren Bereich des Gasgeneratorschachts (32) angeordnet ist.
Gasgenerator (30) nach Anspruch 43 oder 44, bei welchem der erste Bereich in der Kammer (86) zur Reduktion angeordnet ist.
Gasgenerator (30) nach einem der Ansprüche 43 bis 45, bei welchem im unteren Bereich des Gasgeneratorschachts (32) eine Luftzufuhrvorrichtung (60) angeordnet ist, welche dazu ausgebildet ist, dem Gasgeneratorschacht (32) Luft zuzuführen.
Gasgenerator nach Anspruch 46, bei welchem die Luftzufuhrvorrichtung (60) ein kegelförmiger Rost (60) ist.
Gasgenerator nach Anspruch 46 oder 47, bei welchem die Luftzufuhrvorrichtung (60) drehbar ausgebildet ist.
Gasgenerator nach Anspruch 48, bei welchem ein steuerbarer Antrieb (66) vorhanden ist, um die Luftzufuhrvorrichtung (60) zu drehen.
Gasgenerator nach einem der Ansprüche 46 bis 49, bei welchem im Bereich der Luftzufuhrvorrichtung (60) eine steuerbare Ventilvorrichtung (136) vorgesehen ist, um die Menge der zugeführten Luft zu steuern.
Gasgenerator nach einem der Ansprüche 46 bis 50, bei welchem die Luftzufuhrvorrichtung (60) eine Drehdurchführung (70) zur Durchführung von Luft aufweist.
Gasgenerator nach einem der Ansprüche 46 bis 51, bei welchem die Luftzufuhrvorrichtung (60) eine Luftzuführung (68) aufweist, die von einem rohrförmigen Kühlmantel umgeben ist.
Gasgenerator (30) nach einem der Ansprüche 43 bis 52, bei welchem im unteren Bereich des Gasgeneratorschachts ein diesen umgebender Mantel vorgesehen ist, und bei welchem eine Verbindung zwischen der Kammer (86) zur Reduktion und dem Mantel im unteren Bereich des Gasgeneratorschachts (32) vorgesehen ist, um eine Erwärmung des unteren Bereichs des Gasgeneratorschachts (32) durch ein in dem Gasgenerator erzeugtes Produktgas zu ermöglichen.
Gasgenerator nach einem der Ansprüche 43 bis 53, bei welchem das Filter (90) als Keramikfilter ausgebildet ist.
Gasgenerator nach Anspruch 54, bei welchem das Keramikfilter poröse Keramikplatten aufweist.
Gasgenerator nach einem der Ansprüche 43 bis 55, bei welchem das Filter (90) Aluminiumoxyd aufweist.
Gasgenerator nach Anspruch 56, bei welchem das Filter (90) aus Aluminiumoxyd besteht.
Gasgenerator nach einem der Ansprüche 43 bis 57, bei welchem das Filter (90) als Schamottefilter ausgebildet ist.
Gasgenerator nach einem der Ansprüche 43 bis 58, bei welchem die Kammer (86) zur Reduktion sich nach unten hin verjüngend ausgebildet ist.
Gasgenerator nach einem der Ansprüche 43 bis 59, bei welchem der obere Bereich des Gasgeneratorschachts (32) sich nach oben hin verjüngend ausgebildet ist.
Gasgenerator nach einem der Ansprüche 43 bis 60, bei welchem der Gasgeneratorschacht (32) zumindest teilweise von einem Kühlmantel (100) umgeben ist, um eine Kühlung zu ermöglichen.
Gasgenerator nach einem der Ansprüche 43 bis 61, bei welchem die Kammer (86) zur Reduktion zumindest teilweise von einem Kühlmantel (104, 106, 106') umgeben ist.
Gasgenerator nach einem der Ansprüche 43 bis 62, welchem eine Schneckentransportvorrichtung (35) zur Zuführung des kohlenstoffhaltigen Materials (200) zugeordnet ist.
Gasgenerator nach Anspruch 63, bei welchem die Schneckentransportvorrichtung (35) zur Trocknung des kohlenstoffhaltigen Materials (200) ausgebildet ist.
Gasgenerator nach Anspruch 63 oder 64, bei welchem die Schneckentransportvorrichtung (35) Heizrohre (188) aufweist, die mit einem Wärmetauscher (158) verbunden sind.
Gasgenerator nach Anspruch 65, bei welchem in dem Wärmetauscher (158) eine Wärmeübertragung von einem in dem Gasgenerator (30) erzeugten Produktgas auf ein in den Heizrohren (188) zirkulierendes Fluid erfolgt.
Gasgenerator nach Anspruch 66, bei welchem das Fluid ein Wärmeträgeröl ist.
Gasgenerator nach einem der Ansprüche 43 bis 67, bei welchem eine Schleusenkammer mit dem oberen Bereich des Gasgeneratorschachts (32) verbunden ist, welche gasdicht von dieser trennbar ist.
Gasgenerator nach einem der Ansprüche 43 bis 68, bei welchem die mindestens eine Injektionsbrennkammer (50) einen Wirbelinjektor aufweist.
Gasgenerator nach einem der Ansprüche 43 bis 69, welcher zumindest teilweise von einer Isolierung (101) umgeben ist.
Gasgenerator nach Anspruch 70, bei welchem die Isolierung Steinwolle und/oder Keramikwolle aufweist.
Verfahren zum Betreiben eines Gasgenerators, welcher einen Gasgeneratorschacht (32) mit einem oberen Bereich (I, II) und einem unteren Bereich (III), eine Kammer (86) zur Reduktion, welche mit dem unteren Bereich des Gasgeneratorschachts (32) verbunden ist, und ein in der Kammer (86) zur Reduktion angeordnetes Filter (90) aufweist, welches Verfahren die folgenden Schritte aufweist: A) Der Gasgeneratorschacht wird mit kohlenstoffhaltigem Brennmaterial befüllt; B) das kohlenstoffhaltige Brennmaterial wird im unteren Bereich des Gasgeneratorschachts (32) erhitzt und zumindest teilweise in Holzkohle umgewandelt; C) die durch die Erhitzung des Brennmaterials entstehenden Schwelgase werden im oberen Bereich des Gasgeneratorschachts (32) abgesaugt und unterhalb davon verbrannt.
Verfahren nach Anspruch 72, bei welchem die bei der Verbrennung der Schwelgase entstehenden Gase in der Kammer (86) zur Reduktion zusammen mit der Holzkohle reduziert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 72 oder 73, bei welchem im unteren Bereich des Gasgeneratorschachts (32) Luft zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 74, bei welchem der dem Gasgeneratorschacht (32) zugeführten Luft Wasser beigemischt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 72 bis 75, bei welchem größere Partikel durch das Filter (90) zurückgehalten werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 72 bis 76, bei welchem dem Gasgenerator (30) ein Wärmetauscher (158) zugeordnet ist, bei welchem das in dem Gasgenerator (30) erzeugte Produktgas durch den Wärmetauscher geleitet wird, und bei welchem die Luft in dem Wärmetauscher (158) erwärmt wird, bevor sie dem Gasgeneratorschacht (32) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 72 bis 77, bei welchem das in dem Gasgenerator (30) erzeugte Produktgas durch ein Heißfilter (157) zur Filterung von Asche und Kohlepartikeln geleitet wird, und anschließend durch einen Wärmetauscher (158) geleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 72 bis 78, bei welchem das kohlenstoffhaltige Brennmaterial (200) durch eine Schneckentransportvorrichtung (35) zum Gasgenerator (30) transportiert wird.
Verfahren nach Anspruch 79, bei welchem das kohlenstoffhaltige Brennmaterial (200) während des Transports in der Schneckentransportvorrichtung (35) getrocknet wird.
Verfahren nach Anspruch 80, bei welchem zum Trocknen des kohlenstoffhaltigen Brennmaterials (200) Energie des in dem Gasgenerator (30) erzeugten Produktgases verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 72 bis 81, bei welchem das erzeugte Produktgas am unteren Bereich des Gasgeneratorschachts (32) vorbeigeführt wird, um diesen zu erwärmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 72 bis 82, bei welchem die Schwelgase bei der Verbrennung durch Luftzufuhr mit einer Wirbeldüse verwirbelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 72 bis 83, bei welchem im unteren Bereich des Gasgeneratorschachts (32) ein Pyrolysevorgang mit dem kohlenstoffhaltigen Brennmaterial durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 72 bis 84, bei welchem in einem Bereich des Gasgeneratorschachts (32) ein Schwelprozess stattfindet.