DE102007002895A1 - Vorrichtung zur Holzvergasung - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Holzvergasung mit einem Gaserzeuger, einem Gaskühler und einem Gasreiniger. Sie bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zur Vergasung fester Brennstoffe, insbesondere Holz und zur Erzeugung mechanischer, elektrischer und/oder thermischer Energie mit derartigem Gas. Ausgegangen wird dabei von einem Gaserzeuger, wie er durch Imbert entwickelt geworden ist und beispielsweise aus
CH 228 879 FR 765 369 - Holzgasgeneratoren sind für den mobilen Einsatz seit langem bekannt und wurden im zweiten Weltkrieg vielfach eingesetzt, wobei sich das Imbert-Prinzip der absteigenden Gleichstromvergasung mit Herdeinschnürung durchgesetzt hat. Die Erfindung richtet sich im Wesentlichen auf stationäre Anlagen, sie schließt aber mobile Anlagen nicht aus. Für den mobilen Einsatz müssen die Anlagen vor allem klein, leicht und einfach ausgeführt sein, wodurch viele Kompromisse gemacht werden müssen. Die historischen Anlagen waren sehr wartungsintensiv, üblicherweise war nach einem Arbeitstag eine gründliche Reinigung, vor allem der Ansaugkanäle der Motoren, notwendig, da das Gas nur mangelhaft gesäubert wurde. Das Wartungsintervall der alten Imbert-Anlagen beträgt typischerweise 1 bis 2 Volllaststunden.
- Es ist ein Ziel der Erfindung, ein deutlich längeres Wartungsintervall, beispielsweise mindestens 100 bis 200 Volllaststunden, zu erreichen. Ungefähr linear zu den Betriebsstunden steigen auch die erzeugten Mengen an Asche und Schlacke, sodass auch insoweit eine Modifikation des ursprünglichen Imbert-Vergasers unerlässlich ist. Zusätzliche Weiterentwicklungen resultieren aus der Forderung nach einem möglichst vollautomatischen Betrieb.
- Die Erfindung hat das Ziel, die Gasreinigung deutlich zu verbessern. Sie hat erkannt, dass gerade im Bereich der Gasreinigung ein Nachteil der historischen Imbert-Anlagen liegt. Die Erfindung hat aber auch die Verbesserung des eigentlichen Gaserzeugers nach Imbert zum Ziel, wobei die Geometrie des eigentlichen Imbert-Gaserzeugers weitgehend beibehalten wird. Es werden Verbesserungen des Imbert-Gaserzeugers angestrebt, die die höheren Wartungsintervalle erreichbar machen.
- Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Holzvergasung der eingangs genannten Art hinsichtlich des Gaserzeugers und/oder des Gasreinigers so weiterzubilden, dass längere Wartungsintervalle möglich sind und ein weitgehend automatisierter Betrieb erreichbar ist.
- Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Holzvergasung mit einem Gaserzeuger, einem Gaskühler und einem Gasreiniger. Der Gasreiniger weist einen Hochleistungsgaswäscher auf, wobei die Gruppe der Hochleistungsgaswäscher einen Rotationswäscher, der zumindest einstufig ist, einen Venturiwäscher mit fester oder verstellbarer Kehle und einschließlich Multiventuriwäscher und einen Bayer-Reither-Wäscher umfasst. Zu diesen Hochleistungsgaswäschern wird auf Hersteller wie Lufttechnik Bayreuth (siehe www.ltb.de) und Mikropul (siehe wwww.mikropul.de, dort Mikro-vane Zyklonwäscher LPS, Dynamikwäscher DS, Multiventuriwäscher MVS, Waschturm MAW) verwiesen.
- Weiterhin wird diese Aufgabe gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 3 und 14.
- Erfindungsgemäß werden Nassentstauber, also nassarbeitende Gasreinigungsverfahren eingesetzt. Trockenfilternde Gasreinigungsverfahren sind für die Holzgasreinigung problematische, da bei Taupunktunterschreitung Teer in den Filtermedien kondensiert und diese verklebt. Die darauf anhaftende Staubschicht, die sich sehr schwer entfernen lässt, führt meist zur Unbrauchbarkeit des Filters. Nasse Gasreinigungsverfahren sind dagegen unempfindlicher gegen staub- und teerbeladene Heizgase und führen zu sehr guten Reinigungsergebnissen. Die Erfindung schlägt daher Hochleistungsgaswäscher vor, die nass arbeiten und zu denen Rotationswäscher, welche zumindest einstufig sind, Venturiwäscher unterschiedlicher Bauart und der Bayer-Reither-Wäscher gehören. Mit diesen wird eine hochwertige Reinigung des Holzgases erreicht, sodass die nachgeschalteten Vorrichtungen, insbesondere ein Gasmotor, mit deutlich geringeren Gasverunreinigungen belastet werden als bisher.
- Vorzugsweise ist dem Hochleistungsgaswäscher eine Vorrichtung zur Abscheidung der Waschwassertröpfchen nachgeschaltet. Sie ermöglicht eine Aufbereitung des Waschwassers für einen Kreislaufbetrieb sowie eine Entsorgung von ausgeschleustem Waschwasser. Die Anforderungen für den kontinuierlichen Betrieb werden von ihr erfüllt.
- Vorzugsweise liegt der vorliegenden Erfindung eine Kombination aus einem verbesserten Gaserzeuger nach dem Imbert-Prinzip und einem nass arbeitenden Gasreiniger vom Typ Hochleistungsgaswäscher zugrunde.
- Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den sonstigen Ansprüchen sowie der nun folgenden Beschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen der Erfindung, die unter Bezugnahme auf die Zeichnung im folgenden näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigen:
-
1 : eine prinzipielle, im Wesentlichen als Schnittbild ausgeführte Seitenansicht eines Gaserzeugers nach dem Imbert-Prinzip und entsprechend der Erfindung, -
2 : eine prinzipielle Darstellung einer kompletten Vorrichtung zur Holzvergasung mit schematisch dargestellten Bauteilen Gaserzeuger, Gaskühler und Gasreiniger sowie einen nachgeschalteten Motor mit Zubehör, -
3 : ein Detail aus einer Darstellung entsprechend1 in Form eines Schnittbildes und für den vorderen Bereich von Düsen mit ihrer unmittelbaren Umgebung, -
4 : eine Darstellung wie3 , jedoch in einer anderen Ausführung für die Montage der Düsen an einem Gehäuse, -
5 : ein Schnittbild wie3 für eine andere Ausbildung der Düsen, -
6 : ein Schnittbild wie5 , jedoch in einer anderen Ausführung, -
7 : ein Schnittbild wie5 , nun mit zusätzlicher Verwirbelung der einströmenden Luft, -
8 : ein Schnittbild wie5 , nun mit zusätzlicher mechanischer Reinigungsvorrichtung, -
9 : eine Darstellung wie8 , jedoch mit einer pneumatisch arbeitenden Reinigungsvorrichtung und zusätzlich mit einer optischen Erfassung und -
10 : eine Darstellung wie5 für eine Düse, bei der das Außenrohr das Innenrohr übergreift. - In
1 ist der Gaserzeuger100 schematisch dargestellt, er wird auch Holzvergaser genannt, er ist in2 zudem schematisch innerhalb der Gesamtvorrichtung gezeigt. Er hat ein gasdichtes Gehäuse99 , das im Wesentlichen aus zwei Rohren, von denen das untere abgeschrägt ist, gebildet wird. Das gasdichte Gehäuse99 hat ein oberes Außenrohr113 und ein unteres Ascheaustragsgehäuse116 . Im Betrieb befindet sich leichter Unterdruck im gasdichten Gehäuse. Von oben wird entsprechend einem Pfeil101 Brennstoff in Form von Holzhackschnitzel zugegeben, Holzhackschnitzel sind größenmäßig nach unten begrenzt durch Sägemehl, das nicht in Holzhackschnitzeln enthalten ist, zudem sind in Holzhackschnitzel keine langen Spleiße enthalten. Holzhackschnitzel sind im Wesentlichen erbsengroße bis faustgroße Holzstücke, auch Pellets. - Der Brennstoff wird in ein konisches Rohr
110 von oben eingegeben, dieses konische Rohr befindet sich innerhalb des gasdichten Gehäuses99 und ist ein Teil des eigentlichen Vergasungsraumes. Da sich das Rohr110 nach unten hin ko nisch erweitert, ist ausgeschlossen, dass sich irgendwelche Brücken bilden oder Holzstücke verkeilen können. Bei dem ursprünglichen Imbert-Holzvergaser ist der entsprechende Bereich rein zylindrisch. - Unterhalb des Rohres
110 befindet sich ein zylindrisches Rohr111 , das mit dem konischen Rohr110 verbunden ist. Im zylindrischen Rohr111 befindet sich ein feuerfester Mantel bzw. Betonkern112 besonderer Formgebung entsprechend dem Imbert-Prinzip. Das zylindrische Rohr111 ist nach unten durch eine Bodenplatte117 abgeschlossen, die eine Ringscheibe ist. Auf dieser ruht der feuerfeste Mantel112 , er kann aus seiner Metallummantelung111 ,117 entnommen werden, beispielsweise durch Entfernen des konischen Rohres110 , Öffnen des zylindrischen Rohres111 oder Entfernen der Bodenplatte117 . Der feuerfeste Mantel112 hat, wie beispielsweise3 zeigt, gegenüber dem zylindrischen Rohr111 ausreichend Spiel für thermische Ausdehnung. Innerhalb des feuerfesten Mantels112 befinden sich die Oxidations- und Reduktionszonen108 . Die Teile110 ,111 ,112 und117 bilden den eigentlichen Vergasungsraum. Sie sind zumindest in ihrem Innenraum rotationssymmetrisch zu einer zentralen Achse98 , die vertikal verläuft. - Ausgehend vom unteren Ende des konischen Rohrs
110 wird nach unten der Querschnitt des Innenraums des eigentlichen Vergasungsraumes enger. Die Verengung erfolgt im Bereich des feuerfesten Mantels112 . Alle Querschnittsverengung verlaufen stark abgerundet. Die Querschnittsverengung führt zunächst bis zu einer Engstelle bzw. bis zu einem Bereich geringsten Innendurchmessers97 , von da ab erfolgt wieder eine Aufweitung und nach unten hin eine untere Verengung bis nahezu auf den Durchmesser der Engstelle97 . - Etwas oberhalb der Engstelle
97 sind im feuerfesten Mantel112 mehrere, radial nach innen weisende Bohrungen vorgesehen, beispielsweise sieben Bohrungen, die gleich verteilt sind. In ihnen sind Düsen120 angeordnet. Über sie wird Luft entsprechend dem Pfeil104 zugeführt. Zusätzlich kann Luft von unten in das Ascheaustragsgehäuse116 und entsprechend dem Pfeil105 zugeführt werden für eine Doppelfeuerfahrweise für einen besseren Ausbrand der Asche. Die Luftzufuhr erfolgt zentral entsprechend dem Pfeil103 . Es ist eine zentrale Absperrung durch ein Ventil vorgesehen. Weiterhin ist für jede einzelne Düse120 ein Ventil120a zur individuellen Absperrung vorgesehen. - Durch die Düsen
120 gelangt die Luft in die Oxidationszone, wo sie den Verbrennungsprozess unterhält. Durch die Wärmeeinwirkung entgast das Holz in der darüberliegenden Pyrolysezone. Das Pyrolysegas wird zusammen mit dem CO2 der Holzverbrennung nach unten in die Reduktionszone108 gesaugt, wo das eigentliche Holzgas in mehreren chemischen Gleichgewichtsreaktionen erzeugt wird. - Das Holzgas, hauptsächlich CO und H2, tritt unterhalb der Reduktionszone durch einen umlaufenden Gasaustrittspalt
145 in das Außenrohr113 . Es hat sich gezeigt, dass dieser Ringspalt sehr vorteilhaft ist, er trennt die Flussrichtung von Gas und Asche. Dadurch ist die Vorrichtung deutlich beständiger gegen Verstopfungen bei großen Mengen von Schlacke, Verunreinigungen usw. verglichen mit dem ursprünglichen Imbert-Gaserzeuger, der unterhalb der Reduktionszone einen Rost vorsieht. - Das aus dem Gasaustrittsspalt
145 austretende Gas steigt innerhalb des Außenrohres113 nach oben und gibt auf seinem Weg zum Gasaustritt106 einen Teil seiner Wärme an die Bauteile des eigentlichen Vergasungsraumes ab. Die Wärmeabgabe an das gasdichte Gehäuse kann dadurch verringert werden, dass letzteres wärmegedämmt ist. Durch die übertragene Wärme wird der im Vergasungsprozess des Holzes unterstützt. Zur Verbesserung der Wärmeübertragung auf das konische Rohr110 sind in Höhe der Pyrolysezone Wärmeleitprofile140 angebracht, die die Wärme des Gases zum Teil über die Oberfläche des konischen Rohres110 an den Brennstoff abgeben. Durch Variation des Winkels der Wärmeleitprofile wird die Gasströmung in Richtung Gasaustritt106 beeinflusst, hierzu wird auch auf dieDE 698 16 033 T2 verwiesen. - Die verbrannte und entgaste Holzkohlenasche tritt unterhalb der Reduktionszone aus und gelangt zu einem pyramidal ausgebildeten Rost
130 , der Teil des Austragteils ist. Auf diesem Rost130 werden Holzkohlenreste unter Zugabe von Luft von unten durch die Doppelfeuerdüse105 vollständig zu Asche umgesetzt. Der Rost wird bei Bedarf über eine Welle132 , die über eine Stopfbuchsenpackung gelagert von einem Getriebemotor134 angetrieben ist, bewegt. Wird der Rost gedreht, so bewegt sich auch ein Kratzer131 , der den Gasaustrittspalt reinigt. Die Gasaustrittstemperatur aus der Reduktionszone ist eine wichtige Regelgröße und ermöglicht eine Störfallerkennung im automatischen Getriebe. Es ist ein Temperaturfühler105 vorgesehen, der beispielsweise die Temperatur an der Bodenplatte117 misst. Jedenfalls ist er im Bereich des Gasaustrittsspaltes145 aktiv. - Da die Temperaturen in der Oxidations- und Reduktionszone besonders hoch sind, sie betragen bis 1300°C, werden hohe Anforderungen an das Material gestellt. Der feuerfeste Mantel
112 , der die Form eines separaten Einsatzes hat, ist aus Feuerzement gefertigt und für die entsprechenden Temperaturen ausgelegt. Durch seine spezielle Geometrie im Innenraum werden die Temperaturprofile und Verweilzeiten bestimmt und damit die Holzgasbildung maßgeblich beeinflusst. - Auch die Anforderungen an die Verbrennungsdüsen
120 sind hoch, da gerade an ihrem innseitigen Ende die höchsten Temperaturen auftreten und zudem eine sauerstoffhaltige Atmosphäre vorliegt. Im Ausführungsbeispiel sind die Düsen120 als Doppelmantelrohre aus Stahl gefertigt. Damit der Stahl nicht verbrennt, ist eine intensive Wärmeabfuhr bzw. Kühlung erforderlich. Hierzu befindet sich im Innenraum der Doppelmantelrohre ein Material mit möglichst guter Wärmeleitung, beispielsweise ein Metall wie Kupfer, Silber usw.. Insbesondere kann aber auch auf Natriumkühlung, wie sie bei Ventilen von Brennkraftmaschinen bekannt ist, zurückgegriffen werden. - Der Innenaufbau der Düsen ist schematisch aus den
3 bis5 ersichtlich. Die Düse120 besteht aus einem äußeren Stahlrohr123 und einem inneren Stahlrohr124 und optional124a und schließt mit einer Frontpartie122 aus Stahl in Form einer Schweißnaht, einer Scheibe oder dergleichen zum Verbrennungsraum hin ab. Alle Bauteile sind miteinander verschweißt. Der Innenraum ist mit dem Wärmeleitmaterial105 ausgefüllt, das die Wärme von der inneren Düsenöffnung121 nach außen ableitet. Die5 und6 zeigen Variationen des Düsenaufbaus mit anders ausgestaltetem Wärmeübergang. Gemäß4 erstreckt sich das Innenrohr124 nicht über die volle Düsenlänge und ist ein direkter Kontakt mit dem Wärmeleitmaterial125 , beispielsweise Kupfer, für die nachströmende Verbrennungsluft möglich.5 zeigt einen Düsenaufbau mit sich verjüngendem Innendurchmesser, während der Innendurchmesser in6 konstant ist. Zur zusätzlichen Verbesserung des Wärmeüberganges können, wie in7 schematisch dargestellt, Turbulatoren136 im Inneren der Düse120 für turbulente Strömungseigenschaften sorgen. Diese Turbulatoren können fest mit dem Düsenkörper verbunden sein oder lose eingesetzt werden, wobei eine Sicherung gegen ein Herausrutschen notwendig ist. - Zur Wartung der Düsen
120 können diese von außen gereinigt und/oder komplett demontiert werden. Zur Reinigung kann in einer ersten Ausführung eine Reinigungsstange137 von einem Stellmotor138 , beispielsweise einem Pneumatikzylinder oder einem Elektromotor, im Inneren die Düse vor- und zurückbewegt werden, um die innere Düsenöffnung121 von Verschmutzungen, insbesondere Schlacke, zu befreien, siehe8 . In einer Alternative kann anstelle der Reinigungsstange137 der Turbulatoren136 bewegt werden. Wiederum alternativ kann eine Reinigung der Düsen120 durch einen Druckgasstoß erfolgen, siehe9 . Als Gas kann Luft, Inertgas, Holzgas, Motorenabgas benutzt werden. Von einem Druckspeicher über ein geöffnetes Magnetventil141 gelangt das Gas über ein Blasrohr142 ins Düseninnere. Das außenseitige Ende der Düse120 kann dabei gestopft werden. Durch die erzeugte Druckwelle wird die innere Düsenöffnung121 gereinigt, es werden Rückenbildungen im Brennstoff zerstört und es können so Hohlbrenner bekämpft werden. - Der Verbrennungsprozess wird optisch überwacht, mittels eines Lichtleiterkabels
144 wird die Helligkeit im Düseninneren aufgenommen und auf eine Fotozelle143 geleitet. Schlacke vor der Düsenöffnung121 beeinträchtigt die Helligkeit ebenso wie eine Parzelle schlechter Verbrennung vor der jeweiligen Düse120 . - Damit die in vertikaler Richtung von oben nach unten sich bewegenden Feststoffe sich nicht an der Düsenvorderseite anlagern können und auch Schlacke sich nicht dort anlagern kann, sind die innenseitigen Enden vorzugsweise abgeschrägt, siehe
10 . Die Montage der Düsen ist aus den2 und4 ersichtlich. Am Außenrohr113 der Düse120 ist eine Dichtscheibe127 angeschweißt, die gehalten durch eine umlaufende Verschraubung128 die Düse am gasdichten Behälter hält. Die Düsen120 können damit von außen demontiert werden. Im Einbauzustand sind der Innenraum und der Mantelraum des Vergasers und dessen Umgebung voneinander getrennt. Das im Mantelraum und damit innerhalb des gasdichten Gehäuses aufwärtsströmende Holzgas wird nicht behindert, da die Montagerohre nur einen kleinen Teil der zur Verfügung stehenden Querschnittsfläche einnehmen. - Zur Vermeidung von Kurzschlussgasströmungen zwischen dem Mantel
112 und den Gehäuseteilen111 und117 befindet sich eine Dichtung zwischen dem feuerfesten Mantel112 und der Bodenplatte117 bzw. eine weitere Dichtung an der Oberkante des Mantels112 und unterhalb eines Schutzkragens109 . Zur Erhöhung der Dichtigkeit kann Dichtfläche als Nut auf der einen Seite und Feder auf der anderen Seite ausgeführt werden, indem ein umlaufender Ring119 (siehe3 ) auf die bodenplatte117 aufgeschweißt wird und der Mantel112 eine entsprechende Nut hat. Um zu verhindern, dass Feststoff von oben in den Zwischenraum zwischen feuerfestem Mantel112 und Vergaserinnenrohr111 gelangt, ist der Schutzkragen109 in Form eines umlaufenden Ringes oberhalb des Eintrittsendes des Mantels112 am Rohr111 angeschweißt. - Zur Automatisierung des Vergasungsprozesses wird mit einer Differenzdrucksonde
152 im Gasaustritt106 die Aschebeladung des Raumes oberhalb des Rostes gemessen und bei Überschreiten des Grenzwertes wird der Getriebemotor134 eingeschaltet. Ein Drehflügelstandschalter153 überwacht die Füllhöhe des Holzes und fordert gegebenenfalls über die zentrale Steuerung (nicht dargestellt) Nachschub an. - Der Temperaturfühler
150 an der Bodenplatte und ein Temperaturfühler151 am Gasaustritt ermöglichen die Überwachung des Holzvergasungsprozesses. Bei Problemen des Brennstofftransportes, durch Ausfall der Beschickung oder durch Brückenbildung im Vergaserinneren (so genannte Hohlbrenner) sackt der heiße Kern des Brennstoffes in der Oxidations- und Reduktionszone tiefer, ohne dass er seine Wärme an den darüberliegenden Brennstoff abgeben kann. Dadurch kommt es zu einer Erhöhung der Temperatur in der Reduktionszone. Hohlbrenner, die ansonsten kaum zu diagnostizieren sind, werden zuverlässig über den Sensor150 überwacht. - Es ist möglich, die Düsen
120 nicht aus Metall, sondern aus einem keramischen Material, Feuerfestzement usw. herzustellen. Die Dichtscheibe127 kann einstückig mit einem der Rohre der Düse120 verbunden sein. Bei Herstellung aus Feuerzement ist eine Armierung vorteilhaft. Es muss nur der innere Bereich der Düsen120 feuerfest sein, beispielsweise aus Feuerfestzement oder Keramik bestehen, der übrige Teil der Düsen kann aus einem weniger feuerfesten Material, beispielsweise auch Stahl, gefertigt sein. - Auch der aus Feuerzement hergestellte Mantel
112 kann eine Armierung aufweisen. Die Wärmeleitprofile140 im Bereich der Pyrolysezone107 können in einem Winkel zwischen 30° und 90° zur Horizontalen befestigt sein. Dabei haben sich als Profile L- oder U-förmige Winkelprofile, Kastenprofile, Rohre, Rohrsegmentprofile oder wellenförmige Profile bewährt. - Die Temperaturüberwachung mittels des Sensors
150 in Nähe des Gasaustritts der Reduktionszone108 kann wie folgt eingesetzt werden: Im Dauerbetrieb macht sich ein Hohlbrenner durch einen Temperaturanstieg bekannt und kann entsprechend erkannt werden. Während der Aufheizphase kann ein Hohlbrenner durch eine sprunghaft ansteigende Aufheizrate erkannt werden. Schließlich ist eine Sicherheitsüberwachung gegen Beschickungsfehler möglich. - Der pyramidale Verbrennungsrost
130 hat eine mehreckige Grundfläche, zumindest eine dreieckige Grundfläche. Die konische Doppelfeuerzone135 befindet sich unterhalb der Reduktionszone108 . -
2 zeigt das erfindungsgemäße Verfahrensflussbild. Die einzelnen Prozessschritte sind in I bis IX unterteilt und dargestellt. Oberhalb der gestrichelten Linie ist jeweils der Hauptprozess dargestellt. Unterhalb der gestrichelten Linie sind Verfahrensoptionen für die Prozessstufen II, IV, V und IX dargestellt. Diese Optionen dienen zur Anpassung an individuelle Präferenzen des Anlagenbetreibers hinsichtlich Kosten, Temperaturniveau und Art der Energiezugabe bei der Gasaufbereitung (über Pumpen (z.B. Strahlwäscher), Motoren (z.B. Rotationswäscher) oder Ventilatoren (z.B. Venturiwäscher)). Ebenfalls kann die Wahl des Kondensatentsorgungsverfahrens individuell angepasst werden. - Prozessstufe I ist die Gaserzeugung im Holzvergaser
100 , wie zuvor beschrieben. Ein Teilstrom910 des Gases kann direkt für die Abwasserverbrennung in Prozessstufe IX abgezogen werden. Das erzeugte Gas muss vor der motorischen Verwertung gekühlt und von Staub und Teer in den folgenden Stufen gereinigt werden. - Die Vorabscheidung in Stufe II kann unterbleiben. Alternativ hierzu kann eine trockene Entstaubung mittels Zyklon stattfinden oder es kommen als nasse Vor behandlungsverfahren eine Quenche mit Ein- oder Zweistoffdüse, ein Strahlwäscher, ein Wirbelwäscher oder ein Schaumwäscher auch in Betracht. Bei allen nassen Verfahren wird das Waschwasser ausgeschleust und im Prozessschritt VIII gereinigt und wieder in den Kreislauf gegeben.
- Die Gaskühlung erfolgt in Stufe III zweistufig in einem Vorkühler
300 , einem Rohrbündelwärmeübertrager mit gasseitig wassergespülten Rohren, Wärmeübergang von Gas auf Kühlwasser und einem Nachkühler310 , ebenfalls einem Rohrbündelwärmeübertrager mit gasseitig ungespülten Rohren, Wärmeübergang Gas/Wasser oder Gas/Luft, bei dem die Kühlmediumtemperatur unterhalb von 50°C liegt. Entstehendes Kondensat aus300 und310 wird dem Wasserkreislauf VIII zugegeben, aus dem die Rohrinnenwandspülung gespeist wird. Alternativ hierzu kann die Gaskühlung einstufig erfolgen und/oder die Wärmerückgewinnung aus dem Waschwasser der Prozessstufe II erfolgen. In der ersten Stufe wird das Gas unterhalb der Kondensationstemperatur abgekühlt, die für Holzgas bei ca. 60 bis 65°C liegt. In der zweiten Stufe erfolgt eine weitere Abkühlung um mindestens 10°C. - In der Prozessstufe IV findet die eigentliche Gasreinigung mittels eines ein- oder mehrstufigen Rotationswäschers
400 statt. Zusätzlich findet eine Vorbedüsung mit einer Ein- oder Zweistoffdüse401 statt. Die Zweistoffdüse wird mit Prozesswasser und gereinigtem Holzgas durch den Kompressor404 über den Filter405 versorgt. Das Waschwasser wird auf ein motorgetriebenes Laufrad402 zur Zerstäubung aufgegeben und die beladenen Tropfen anschießend von einem Drallerzeugerkranz aus Gasleitschaufeln vorabgeschieden. Alternativ zum Rotationswäscher kann ein Venturiwäscher410 mit fester oder verstellbarer Kehle, sowie ein Multiventuri420 oder Bayer-Reither-Wäscher420 eingesetzt werden. Der Wäscher420 verfügt über zwei gegeneinander verschiebbare Rohrebenen421 , bei denen sich die Venturikehlen in den Rohrzwischenräumen variabel ausbilden, die Wasserzugabe erfolgt über eine Bedüsung422 . - Im Prozessschritt V findet die Tropfenabscheidung statt, bei der das staub- und teerbeladenen Waschwasser ausgeschleust wird. Dies geschieht in einem konischen Zentrifugalabscheider
500 , bei dem für schwankende Volumenströme entsprechende Krümmungsradien der Gasbewegung für die Abscheidung sorgen. Alternativ hierzu kann die Tropfenabscheidung in einem zylindrischen Zentrifu galabscheider510 oder einem Lamellen- oder Gestrickabscheider520 stattfinden. - Die Prozessstufen VI und VII beinhalten die Gasstrecke und die Verstromung. Das gereinigte Holzgas wird vom Ventilator
600 angesaugt und kann wahlweise auf die Fackel610 gegeben (bei An- und Abfahrvorgängen) oder nach Zumischen von Verbrennungsluft in der Venturidüse620 auf den Verbrennungsmotor700 gegeben werden, der einen Elektrogenerator710 zur Stromerzeugung antreibt. Die Prozessabwärme des Motors700 , Stufe II, III und VIII wird mittels Wärmetauschern ausgekoppelt und kann räumlich und zeitlich direkt an der Anlage genutzt oder räumlich und zeitlich entfernt durch Wärmespeicher genutzt werden.
Claims (14)
- Vorrichtung zur Holzvergasung mit einem Gaserzeuger (
100 ), einem Gaskühler und einem Gasreiniger, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasreiniger einen Hochleistungsgaswäscher aufweist, wobei zur Gruppe der Hochleistungsgaswäscher zumindest ein Rotationswäscher (400 ), der zumindest einstufig ist, ein Venturiwäscher (410 ) mit fester oder verstellbarer Kehle und einschließlich Multiventuriwäscher (420 ) und ein Bayer-Reither-Wäscher (420 ) gehören. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasreiniger weiterhin einen Abscheider aufweist, der dem Hochleistungsgaswäscher nachgeschaltet ist, wobei zu der Gruppe der Abscheider Zentrifugalabscheider (
500 ,510 ), Lamellenabscheider (520 ) und Gestrickabscheider (520 ) gehören. - Vorrichtung zur Holzvergasung mit einem Gaserzeuger (
100 ), einem Gaskühler und einem Gasreiniger, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaserzeuger (100 ) einen feuerfesten Mantel (112 ) aufweist, in dem sich eine Oxidationszone (108 ) und darunter eine Reduktionszone (108 ) befindet, das unterhalb dieses feuerfesten Mantels (112 ) ein Austragsteil vorgesehen ist, und dass sich oberhalb des Austragsteils ein ringförmiger Spalt für Gasaustritt (145 ) befindet. - Vorrichtung zur Holzvergasung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der feuerfeste Mantel (
112 ) eine rotationssymmetrische innere Oberfläche hat und als separater Körper aus einem Feuerfestmaterial, insbesondere Feuerzement, ausgebildet ist. - Vorrichtung zur Holzvergasung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der feuerfeste Mantel im Bereich der Oxidationszone (
108 ) sich etwa diaboloförmig, aber gerundet, von oben gesehen zunächst verjüngt und dann wieder erweitert, wobei er einen Bereich geringsten Durchmessers ausbildet, und dass radial angeordnete Düsen (120 ) vorgesehen sind, die durch Löcher im feuerfesten Mantel (112 ) hindurchragen und die sich oberhalb des Bereiches geringsten Durchmessers befinden. - Vorrichtung zur Holzvergasung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (
120 ) ein metallisches Doppelmantelrohr aufweisen, das einen Innenraum hat und dass im Innenraum ein Wärmeleitmedium (125 ) vorgesehen ist, das ein besseres Wärmeleitvermögen als das Material des Doppelmantelrohres aufweist. - Vorrichtung zur Holzvergasung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Doppelmantelrohr ein inneres Rohr (
124 ) und ein äußeres Rohr (123 ) aufweist und dass das äußere Rohr (123 ) das innere Rohr (124 ) übergreift. - Vorrichtung zur Holzvergasung nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Düse (
120 ), insbesondere im Doppelmantelrohr, eine Vorrichtung zur Düsenreinigung angeordnet ist, die eine Reinigungsstange mit Antrieb oder ein Blasrohr (142 ), das über ein Ventil an einen Druckspeicher angeschlossen ist, in dem sich Gas unter Druck befindet, wobei das Blasrohr (142 ) in Richtung einer inneren Öffnung des Doppelmantelrohres hin offen ist. - Vorrichtung zur Holzvergasung nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (
120 ), insbesondere das Doppelmantelrohr, gerade ist und dass am aussenseitigen Ende des Doppelmantelrohres eine Ein richtung zur Lichterfassung vorgesehen ist, die das am inneren Ende der Düse (120 ) vorhandene Licht einfängt. - Vorrichtung zur Holzvergasung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaserzeuger (
100 ) einen gasdichten Gehäuse (113 ,116 ) aufweist und dass Dichtungen (118 ,119 ) vorgesehen sind, die sich zwischen dem feuerfesten Mantel (112 ) und dem gasdichten Gehäuse (113 ,116 ) befinden. - Vorrichtung zur Holzvergasung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der feuerfeste Mantel (
112 ) lösbar mit dem gasdichten Gehäuse (113 ,116 ) verbunden ist. - Vorrichtung zur Holzvergasung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet der Gaserzeuger (
100 ) ein gasdichtes Gehäuse (113 ,116 ) und ein konisches Innenrohr (110 ) aufweist, das sich oberhalb des feuerfesten Mantels (112 ) befindet, und dass sich Leitkörper (140 ) im Bereich der Pyrolysezone (107 ) befinden. - Vorrichtung zur Holzvergasung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet sich im Bereich des ringförmigen Spaltes (
145 ) ein Temperatursensor (150 ) befindet. - Vorrichtung zur Holzvergasung mit einem Gaserzeuger (
100 ), einem Gaskühler und einem Gasreiniger, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet der Gaskühler einen Rohrbündelwärmeübertrager (300 ) aufweist, und dass die Oberflächen des Rohrbündels des Rohrbündelwärmeübertragers (300 ), die mit dem Holzgas in Kontakt kommen, mit einem Wasserfilm belegt sind, insbesondere gespült sind.
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