DE102015013937A1 - Multi-stage carburetor with vortex zones - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Vergaser (2) zur Vergasung von kohlenstoffhaltigem Material, insbesondere von organischen und/oder anorganischen Abfällen. Der Vergaser weist auf: zumindest eine obere und eine untere Vergaserstufe (16, 18), wobei die obere Vergaserstufe (16) oberhalb der unteren Vergaserstufe (18) angeordnet ist; eine zwischen der oberen Vergaserstufe (16) und der unteren Vergaserstufe (18) oder der unterhalb der oberen Vergaserstufe liegenden Vergaserstufe angeordnete obere Drehscheibe (20); eine im unteren Bereich der unteren Vergaserstufe (18) angeordnete untere Drehscheibe (22); eine mittels eines Antriebs (26) angetriebene Welle (24), die mit der oberen Drehscheibe (20) verbunden ist und diese antreibt.The invention relates to a gasifier (2) for the gasification of carbonaceous material, in particular of organic and / or inorganic wastes. The carburetor comprises: at least one upper and one lower carburetor stage (16, 18), the upper carburetor stage (16) being located above the lower carburetor stage (18); an upper turntable (20) disposed between the upper carburetor stage (16) and the lower carburetor stage (18) or below the upper carburetor stage; a lower turntable (22) disposed in the lower portion of the lower carburetor stage (18); a driven by a drive (26) shaft (24) which is connected to the upper hub (20) and drives them.
Description
Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen Vergaser mit Wirbelzonen zur Vergasung von kohlenstoffhaltigem Material.The invention relates to a multi-stage gasifier with vortex zones for the gasification of carbonaceous material.
Ein Vergaser zum Vergasen von kohlenstoffhaltigem Material ist aus der
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Vergaser und ein Verfahren zum Betreiben des Vergasers vorzusehen bei denen der Vergasungsprozess einfach verschiedenen Arten von kohlenstoffhaltigem Material angepasst werden kann und/oder die Vergasung bzw. Pyrolyse effizienter erfolgt.It is an object of the invention to provide a carburetor and a method for operating the carburetor in which the gasification process can be easily adapted to different types of carbonaceous material and / or the gasification or pyrolysis takes place more efficiently.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved with the features of
Die Erfindung betrifft einen Vergaser zur Vergasung von kohlenstoffhaltigem Material, insbesondere von organischen und/oder anorganischen Abfüllen. Der Vergaser weist auf: zumindest eine obere und eine untere Vergaserstufe, wobei die obere Vergaserstufe oberhalb der unteren Vergaserstufe angeordnet ist; eine zwischen der oberen Vergaserstufe und unteren Vergaserstufe oder eine zwischen der oberen Vergaserstufe und einer unterhalb der oberen Vergaserstufe liegenden Vergaserstufe angeordnete obere Drehscheibe; eine im unteren Bereich der unteren Vergaserstufe angeordnete untere Drehscheibe; eine mittels eines Antriebs angetriebene Welle, die mit der oberen Drehscheibe verbunden ist und diese antreibt.The invention relates to a gasifier for the gasification of carbonaceous material, in particular of organic and / or inorganic filling. The carburetor comprises: at least one upper and one lower carburetor stage, the upper carburetor stage being located above the lower carburetor stage; an upper turntable disposed between the upper carburetor stage and lower carburetor stage or between the upper carburetor stage and a carburetor stage located below the upper carburetor stage; a lower turntable located at the lower portion of the lower carburetor stage; a driven by a drive shaft which is connected to the upper hub and drives this.
Die (insbesondere untere oder die weiteren) Vergaserstufen können auch als Pyrolysestufen oder Pyrolysekammern bezeichnet werden. Die erste Vergaserstufe kann zusätzlich auch als Trocknungsstufe wirken (z. B. als zusätzliche oder alternative Trockenstufen zu einer Vorstufe und/oder zu einer Materialtransport- und -dosiereinrichtung, in der das Material auch getrocknet werden kann).The (in particular lower or the further) carburetor stages can also be referred to as pyrolysis stages or pyrolysis chambers. The first gasifier stage may additionally act as a drying stage (eg as additional or alternative drying stages to a precursor and / or to a material transport and metering apparatus in which the material may also be dried).
Die obere Vergaserstufe wirkt jedoch bereits als erste (Teil-)Pyrolysestufe. Ganz besonders vorteilhaft ist Temperatur in der oberen Vergaserstufe so, dass bereits eine Teilpyrolyse abläuft. Durch die Teilpyrolyse (aber auch durch das mechanische Verwirbeln wie unten beschrieben) wird die Teilchengröße des Materials mit der Zeit immer kleiner und das Material kann dann durch den Spalt am Umfang der Drehscheibe und/oder durch einen oder mehrere Durchlässe in der Drehscheibe in die daruntergelegene Vergaserstufe gelangen. Vorzugsweise erfolgt der Transport des Materials von einer Vergaserstufe in die darunter gelegne Stufe durch einen Spalt am Umfang der Drehscheibe, die zwischen den Vergaserstufen angeordnet ist, und/oder durch einen oder mehrere Durchlässe der sich drehenden Drehscheibe.However, the upper carburetor stage already acts as the first (partial) pyrolysis stage. Especially advantageous is the temperature in the upper carburetor stage so that a partial pyrolysis already takes place. Due to the partial pyrolysis (but also by the mechanical swirling described below), the particle size of the material with time is getting smaller and the material can then through the gap on the circumference of the turntable and / or through one or more passages in the turntable in the underlying Go to the carburetor stage. Preferably, the transport of material from a carburetor stage to the subjacent stage is through a gap on the circumference of the hub located between the carburetor stages and / or through one or more passages of the rotating hub.
Vorzugsweise weist der Vergaser 2, 3, 4 oder 5 oder mehr Vergaserstufen auf (einschließlich der oberen und unteren Vergaserstufe). Die Vergaserstufen zwischen der oberen und unteren Vergaserstufe (soweit vorgesehen – dies können 0, 1, 2 oder mehr sein) werden hier auch als (optionale) weitere Vergaserstufen bezeichnet. Vorzugsweise sind alle Vergaserstufen übereinander angeordnet.Preferably, the carburetor has 2, 3, 4, or 5 or more carburetor stages (including the upper and lower carburetor stages). The carburetor stages between the upper and lower carburetor stages (where provided - these may be 0, 1, 2 or more) are also referred to herein as (optional) other carburetor stages. Preferably, all carburetor stages are arranged one above the other.
Die obere Drehscheibe und bei weiteren Vergaserstufen die weiteren Drehscheiben zwischen den Vergaserstufen können auch als Dreh/Trenneinrichtung bezeichnet werden, da diese jeweils übereinanderliegende Vergaserstufen voneinander trennen. Eine Drehscheibe ist dazu ausgelegt, das Material, das in der oberhalb der Drehscheibe liegenden Vergaserstufe eingebracht ist, in Bewegung zu halten und/oder aufzuwirbeln bzw. durcheinander zu wirbeln. Durch die ständige Bewegung des Materials wird dessen an der Vergasung und am Wärmetausch teilnehmende, aktive Oberfläche stark vergrößert (verhindert Haufenbildung). Weiterhin wird durch das Aufwirbeln des Materials die verschwelte Oberfläche ständig 'abgeschlagen', so dass die darunterliegende noch unverschwelte Oberfläche schneller am Verschwelungsprozess teilnimmt.The upper turntable and other carburetor stages, the other hubs between the carburetor stages can also be referred to as a rotary / separating device, as these separate each superposed carburetor stages from each other. A turntable is configured to agitate and / or fluidize the material placed in the carburetor stage above the turntable. Due to the constant movement of the material, its active surface participating in the gasification and the heat exchange is greatly increased (prevents heap formation). Furthermore, the swirling surface is constantly 'knocked off' by the swirling up of the material, so that the underlying non-smoldered surface participates more quickly in the process of plating.
Durch die Trennung in zwei oder mehr Vergaserstufen wird die Temperatur gleichmäßiger und in der letzten Stufe damit die Ausbeute des gewünschten Gasverhältnisses verbessert. Das thermodynamische Gleichgewicht in jeder der Vergaserstufen wird in einem engeren Temperaturbereich erreicht und in der unteren Vergaserstufe ist erstens die Teilchengrößenverteilung des Materials enger bzw. definierter und die Teilchengröße selbst ist kleiner. Aufgrund des mehrstufigen Aufbaus nimmt die Teilchengröße von Vergaserstufe zu Vergaserstufe ab.By separating into two or more carburetor stages, the temperature becomes more uniform, and in the last stage, the yield of the desired gas ratio is improved. The thermodynamic equilibrium in each of the gasifier stages is achieved in a narrower temperature range, and in the lower gasifier stage, first, the particle size distribution of the material is narrower and the particle size itself is smaller. Due to the multi-stage structure, the particle size decreases from the gasifier stage to the gasifier stage.
Mittels des Drehens der Drehscheiben ist ein großer Teil des zu vergasenden Materials in Bewegung. Insbesondere durch das Drehen der oberen Drehscheibe ist auch das Material in der oberen Vergaserstufe ständig in Bewegung. Das Aufwirbeln des Materials erfolgt überwiegend durch mechanische Impulsübertragung. D. h. es ist keine Luftverwirbelung oder kein Zyklon erforderlich, um Material 'aufzuwirbeln'.By turning the turntables is a large part of the material to be gasified in motion. In particular, by turning the upper hub and the material in the upper carburetor stage is constantly in motion. The fluidization of the material is predominantly by mechanical impulse transmission. Ie. no air turbulence or cyclone is needed to 'stir up' material.
Der Antrieb für die Welle kann oberhalb oder unterhalb oder beabstandet zum Vergaser angeordnet sein. The drive for the shaft can be arranged above or below or spaced from the carburetor.
Vorzugsweise wird der Vergaser so beheizt und so betrieben, dass die Temperatur der Vergasungsstufen von oben nach unten zunimmt. Ganz besonders vorteilhaft ist der Vergaser ausgelegt, einen allothermen Vergasungsprozess auszuführen, bei dem insbesondere kein Vergasungsmittel benötigt wird. Beispielsweise werden kein Sauerstoff und kein Wasser benötigt, um durch einen Verbrennungsprozess die Wärme für das Vergasen zu erzeugen. Vorzugsweise wird kein Wasser und/oder Sauerstoff in den Vergaserstufen zugegeben oder in diese eingeleitet. Besonders bevorzugt wird weder Wasser noch Sauerstoff oder ein anderes Verbrennungsmittel in die unterste Vergaserstufe eingeleitet. Das im zu vergasenden Material gebundene und ausdampfende Wasser wird hier nicht als 'zugegebenes' Wasser angesehen. Dieser Wasserdampf kann mit durch den Vergasungsprozess durchgezogen werden (also von Stufe zu Stufe weitertransportiert oder geleitet werden) oder zumindest teilweise in einer (Vor-)Trocknungsstufe aus dieser ausgeleitet werden.Preferably, the gasifier is heated and operated so that the temperature of the gasification stages increases from top to bottom. The gasifier is very particularly advantageously designed to carry out an allothermal gasification process in which, in particular, no gasification agent is needed. For example, no oxygen and no water are needed to generate the heat for gasification through a combustion process. Preferably, no water and / or oxygen is added or introduced into the gasifier stages. Most preferably, neither water nor oxygen or any other combustion agent is introduced into the lowest gasifier stage. The water bound in the material to be gasified and evaporating water is not considered here as 'added' water. This water vapor can be pulled through by the gasification process (ie transported from stage to stage or passed) or at least partially discharged in a (pre-) drying stage from this.
In Ausgestaltung ist der Antrieb so ausgelegt, dass die obere Drehscheibe mit einer Drehzahl von mindestens 100 oder 200 U/min antreibbar ist. Die Drehzahl der angetriebenen Drehscheibe(n) ist vorzugsweise mindestens 100, 200, 250, 300, 400, 500, 600, oder 800 U/min oder im Drehzahlbereich von 100–1000, 200–600, 250–900 oder 300–800 U/min. Vorzugsweise ist die Drehzahl der Drehscheibe mittels des Antriebs und/oder mittels eines Getriebes einstellbar. Vorzugsweise umfasst der einstellbare Drehzahlbereich einen Bereich von zumindest 200, 300, 400, 500 U/min. Alternativ oder zusätzlich ist vorzugsweise die Drehzahl einer durch den Antrieb angetriebenen Drehscheibe (zumindest der oberen Drehscheibe) so, dass deren Umfangsgeschwindigkeit (am Außenumfang) mindestens 50, 70, 100, 500 oder 700 m/min beträgt. Vorzugsweise ist Drehzahl so einstellbar, dass die maximale Umfangsgeschwindigkeit 500, 700, 800, 1.100 oder 1.500, m/min beträgt. Ein einstellbarer Drehzahlbereich ergibt sich aus der Kombination der beiden vorgenannten Angaben, wobei die Mindestdrehzahl kleiner ist als die Maximaldrehzahl. Vorzugsweise ist der Bereich 70 bis 1.500, 100 bis 1.000, 500 bis 2.000 oder 50 bis 800 m/min. Vorzugsweise gelten die Umfangsgeschwindigkeiten für die obere Drehscheibe. Vorzugsweise sind der Durchmesser und damit die Umfangsgeschwindigkeit der unter der oberen Drehscheibe gelegenen Drehscheiben höher (wenn diese von der gleichen Welle oder bei gleicher Drehzahl wie die obere Drehscheibe angetrieben ist).In an embodiment, the drive is designed so that the upper turntable can be driven at a speed of at least 100 or 200 rpm. The rotational speed of the driven turntable (s) is preferably at least 100, 200, 250, 300, 400, 500, 600, or 800 rpm or in the speed range of 100-1000, 200-600, 250-900, or 300-800 U. / min. Preferably, the rotational speed of the turntable is adjustable by means of the drive and / or by means of a gear. Preferably, the adjustable speed range includes a range of at least 200, 300, 400, 500 rpm. Alternatively or additionally, the rotational speed of a rotary disk (at least the upper rotary disk) driven by the drive is preferably such that its peripheral speed (on the outer circumference) is at least 50, 70, 100, 500 or 700 m / min. Preferably, speed is adjustable so that the maximum peripheral speed is 500, 700, 800, 1,100 or 1,500, m / min. An adjustable speed range results from the combination of the two aforementioned data, wherein the minimum speed is less than the maximum speed. Preferably, the range is 70 to 1,500, 100 to 1,000, 500 to 2,000 or 50 to 800 m / min. Preferably, the peripheral speeds apply to the upper turntable. Preferably, the diameter and thus the peripheral speed of the turntables located below the upper turntable are higher (when driven by the same shaft or at the same speed as the upper turntable).
Vorzugsweise ist die Welle auch mit der unteren Drehscheibe verbunden zum Antreiben der unteren Drehscheibe und/oder die Welle ist mit einer, mehreren oder allen weiteren optionalen weiteren Drehscheiben verbunden. Beispielsweise sind die obere Drehscheibe und/oder untere Drehscheibe und/oder eine mehrere oder alle optionalen weiteren Drehscheiben an der Welle gelagert. Vorzugsweise trägt die Welle zumindest die obere Drehscheibe und optional auch die untere Drehscheibe und/oder die optionalen weiteren Drehscheiben.Preferably, the shaft is also connected to the lower turntable for driving the lower turntable and / or the shaft is connected to one, several or all further optional further turntables. For example, the upper turntable and / or lower turntable and / or a plurality or all optional further turntables are mounted on the shaft. Preferably, the shaft carries at least the upper turntable and optionally also the lower turntable and / or the optional further turntables.
Vorzugsweise weisen die obere Drehscheibe und/oder die untere Drehscheibe und/oder eine, mehrere oder alle der weiteren optionalen Drehscheiben ein oder mehrere nach oben vorstehende Impulselemente auf. Das/die Impulselemente sind mit der Drehscheibe verbunden und drehen sich mit dieser, so dass diese einen Impuls von der drehenden Drehscheibe auf das zu vergasende Material übertragen. Die Impulselemente übertragen einen Impuls auf das Material in der zugehörigen (darüberliegenden) Vergaserstufe und/oder auf das Gas. Dadurch werden das Ausbilden einer Wirbelzone und/oder das 'in der Schwebe halten' des Materials weiter begünstigt. Das/die Impulselemente sind beispielsweise ein oder mehrere Flügelelemente und/oder Rippen und/oder Stifte und/oder Vorsprünge.Preferably, the upper turntable and / or the lower turntable and / or one, several or all of the further optional turntables have one or more upwardly projecting impulse elements. The impulse element (s) are connected to the turntable and rotate therewith so that they impart a pulse from the rotating turntable to the material to be gasified. The impulse elements impart an impulse to the material in the associated (overlying) carburetor stage and / or to the gas. This further favors the formation of a vortex zone and / or the 'levitate' of the material. The impulse elements are, for example, one or more wing elements and / or ribs and / or pins and / or projections.
In der Grundkonfiguration sind zwei übereinander angeordnete Vergaserstufe, nämlich die obere und die untere Vergaserstufe, vorgesehen, wobei die obere und untere Vergaserstufe durch die obere Drehscheibe voneinander getrennt sind und die untere Vergaserstufe nach unten durch die untere Drehscheibe begrenzt ist. In Ausgestaltung weist der Vergaser zumindest drei übereinander angeordnete Vergaserstufen auf. Zwischen der oberen (ersten) Vergaserstufe und der weiteren (zweiten) Vergaserstufe ist die obere (erste) Drehscheibe sowie zwischen der weiteren Vergaserstufe und der unteren (dritten) Vergaserstufe ist eine zweite Drehscheibe angeordnet. Vorzugsweise ist der Durchmesser der unteren und/oder weiteren Drehscheibe größer ist als der Durchmesser der oberen Drehscheibe, und/oder der Durchmesser der oberen Drehscheibe ist kleiner als der Durchmesser der weiteren Drehscheibe. In weiterer oder alternativer Ausgestaltung ist ein Spalt am Außenumfang der oberen Drehscheibe größer als der Spalt der oder einer nachfolgenden weiteren Drehscheibe.In the basic configuration, there are provided two superposed carburetor stages, namely, the upper and lower carburetor stages, with the upper and lower carburetor stages separated by the upper hub and the lower carburetor stage bounded below by the lower hub. In an embodiment, the carburetor has at least three carburetor stages arranged one above the other. Between the upper (first) carburetor stage and the further (second) carburetor stage, the upper (first) hub and between the further carburetor stage and the lower (third) carburetor stage, a second hub is arranged. Preferably, the diameter of the lower and / or further turntable is greater than the diameter of the upper turntable, and / or the diameter of the upper turntable is smaller than the diameter of the further turntable. In a further or alternative embodiment, a gap on the outer circumference of the upper turntable is greater than the gap of the or a subsequent further turntable.
Vorzugsweise ist zwischen allen übereinander angeordneten Vergaserstufen je eine Drehplatte angeordnet. Vorzugsweise sind all diese Drehplatten angetrieben, weiter bevorzugt durch eine bzw. die gemeinsame Welle. Vorzugsweise hat die obere Drehscheibe der oberen Vergaserstufe einen kleineren Durchmesser als die Drehscheibe zwischen der weiteren Vergaserstufe und der unteren Vergaserstufe und/oder einen kleineren Durchmesser als die Drehscheibe zwischen einer oberen weiteren Vergaserstufe und einer unteren weiteren Vergaserstufe.Preferably, a rotary plate is arranged between all superimposed carburetor stages. Preferably, all these rotary plates are driven, more preferably by one or the common shaft. Preferably, the upper hub of the upper carburetor stage has a smaller diameter than the hub between the further carburetor stage and the lower carburetor stage and / or a smaller diameter than that Turntable between an upper further carburetor stage and a lower further carburetor stage.
Vorzugsweise ist der Durchmesser der von oben nach unten aufeinanderfolgenden Drehscheiben zunehmend. Alternativ oder zusätzlich ist der Spalt zwischen der Außenseite (am Außenumfang) einer höher gelegenen Drehscheibe und einer der Außenseite gegenüberliegenden Innenwand des Vergasers (die die Drehscheibe umgibt) größer als der Spalt zwischen der Außenseite einer tiefer gelegenen Drehscheibe und der Innenwand des Vergasers. Alternativ oder zusätzlich nimmt das Spaltmaß an der Außenseite der Drehscheiben von Drehscheibe zu Drehscheibe von oben nach unten ab. Die Abnahme der Spaltmaße und/oder die Zunahme des Durchmessers der Drehscheiben von oben nach unten bewirkt, dass die Größe des Materials, das von oben nach unten durchgelassen wird, abnimmt.Preferably, the diameter of the successive top to bottom turntables is increasing. Alternatively or additionally, the gap between the outside (on the outer circumference) of a higher turntable and an outside opposite inner wall of the carburetor (which surrounds the turntable) is greater than the gap between the outside of a lower turntable and the inner wall of the carburettor. Alternatively or additionally, the gap on the outside of the turntables from turntable to turntable decreases from top to bottom. The decrease in the gap dimensions and / or the increase in the diameter of the turntables from top to bottom causes the size of the material, which is transmitted from top to bottom, decreases.
Die untere Drehscheibe muss den vorgenannten Regeln nicht folgen (kann aber), weil für die untere Drehscheibe andere Vergasungsbedingung gelten: In der unteren Vergaserstufe soll alles Material dort vergast werden und vorzugsweise nur noch mineralische Reststoffe und/oder nicht vergasbare Reststoffe abtransportiert werden.The lower turntable must not follow the above rules (but can), because for the lower turntable other gasification condition apply: In the lower carburetor stage, all material should be gasified there and preferably only mineral residues and / or non-gasified residues are removed.
In Ausgestaltung ist an der Außenseite oder im Randbereich der oberen Vergaserstufe und/oder an der Außenseite oder im Randbereich einer oder mehrerer der optionalen weiteren Vergaserstufen eine Wärmetauschereinrichtung angeordnet ist, die mit der Vergaserstufe (mit den Vergaserstufen) im Wärmeaustausch steht. Vorzugsweise ist die Wärmetauschereinrichtung dazu ausgelegt, das in der unteren Vergaserstufe entstehende Gas an der oberen und/oder an einer oder mehreren der optionalen weiteren Vergaserstufen entlang zu führen. Die Wärmetauschereinrichtung kühlt das entstehende Gas und/oder heizt das Material in der oberen Vergaserstufe und/oder in den optionalen weiteren Vergaserstufen auf.In an embodiment, a heat exchanger device is arranged on the outside or in the edge region of the upper carburetor stage and / or on the outside or in the edge region of one or more of the optional further carburetor stages which is in heat exchange with the carburetor stage (with the carburetor stages). The heat exchanger device is preferably designed to guide the gas produced in the lower gasifier stage at the upper and / or at one or more of the optional further gasifier stages. The heat exchanger means cools the resulting gas and / or heats the material in the upper carburetor stage and / or in the optional further carburetor stages.
Vorzugsweise ist die Wärmetauschereinrichtung als Gasführeinrichtung ausgelegt, die die obere Vergaserstufe und/oder die optionalen weiteren Vergaserstufen ganz oder teilweise umgibt oder an deren Randbereich entlang geführt ist. Vorzugsweise umgibt die Wärmetauschereinrichtung (die Gasführungseinrichtung) die obere Vergaserstufe und/oder die optionalen weiteren Vergaserstufen mantelförmig oder rohrmantelförmig.Preferably, the heat exchanger device is designed as a gas-conducting device which completely or partially surrounds the upper carburetor stage and / or the optional further carburetor stages or is guided along its edge region. Preferably, the heat exchanger device (the gas guiding device) surrounds the upper carburetor stage and / or the optional further carburetor stages in the form of a jacket or tubular jacket.
Vorzugsweise ist die obere Vergaserstufe und/oder die optionalen weiteren Vergaserstufen zumindest teilweise (z. B. in der Höhe gesehen zumindest teilweise) von einem Mantel oder Rohrmantel umgeben. Vorzugsweise ist der Mantel bzw. Rohrmantel ein Zylindermantel. Z. B. ist die seitliche Begrenzungswand der oberen Vergaserstufe und/oder der optionalen weiteren Vergaserstufen ganz oder teilweise als Zylindermantel ausgebildet und/oder die seitliche Begrenzungswand der Gasführungseinrichtung ist ganz oder teilweise zylindermantelförmig ausgebildet.Preferably, the upper carburetor stage and / or the optional further carburetor stages are at least partially surrounded (eg at least partially in height) by a jacket or tube jacket. Preferably, the jacket or pipe jacket is a cylinder jacket. For example, the lateral boundary wall of the upper carburetor stage and / or the optional further carburetor stages is wholly or partly designed as a cylinder jacket and / or the lateral boundary wall of the gas guiding device is completely or partially cylindrical-jacket-shaped.
In Ausgestaltung ist eine oder die Gasführungs- und/oder Wärmetauschereinrichtung vorgesehen, die das in der unteren Vergaserstufe entstehende Gas in eine zweite Wärmetauschereinrichtung zuführt, die an der Trocknungsstufe und/oder der Materialtransporteinrichtung und/oder der Materialdosiereinrichtung angeordnet. Die Wärmetauschereinrichtung stellt Wärme bereit zum Trocknen und/oder Vorwärmen des kohlenstoffhaltigen Materials und/oder die abgeführte Wärme dient zum Abkühlen des Gases. Falls keine Wärmetauschereinrichtung vorgesehen ist, ist zumindest eine Gasführeinrichtung vorgesehen.In an embodiment, one or the gas guiding and / or heat exchanger device is provided, which feeds the gas formed in the lower gasifier stage into a second heat exchanger device which is arranged on the drying stage and / or the material transporting device and / or the material metering device. The heat exchanger means provides heat for drying and / or preheating the carbonaceous material and / or the heat removed serves to cool the gas. If no heat exchanger device is provided, at least one gas-conducting device is provided.
In Ausgestaltung ist der oberen Vergaserstufe eine oder die Trocknungsstufe und/oder eine oder die Materialtransport- und -dosiereinrichtung und/oder eine Materialschleuse vorgeschaltet. Vorzugsweise ist die Trocknungsstufe gleichzeitig eine/die Materialtransportstufe und/oder eine/die Materialdosiereinrichtung. Vorzugsweise weist die Materialtransporteinrichtung eine Schneckenwelle auf (die weiter bevorzugt als Dosiereinrichtung wirkt). Vorzugsweise ist die Materialschleuse vor der Trocknungsstufe und/oder vor der/einer Materialtransportstufe und/oder vor der/einer Materialdosierstufe angeordnet.In one embodiment, the upper gasifier stage is preceded by one or more drying stages and / or one or more material transport and metering devices and / or a material lock. Preferably, the drying step is simultaneously a material transport stage and / or a material metering device. The material transport device preferably has a worm shaft (which furthermore acts as a dosing device). The material lock is preferably arranged before the drying stage and / or before the material transport stage and / or before the / a material metering stage.
Vorzugsweise weist die Schleuse ein erstes und/oder zweites Schleusentor auf. Weiter bevorzugt ist ein das Schleusentor ausbildendes Element des ersten und/oder zweiten Schleusentors mechanisch so ausgelegt, dass das Material bei der Schließbewegung des Elements geteilt wird. Dadurch erfolgt eine Abdichtung durch das Schleusentor, auch wenn Material im Weg des Schleusentorelements (Material z. B. Äste, die abgeschert werden).The lock preferably has a first and / or second lock gate. More preferably, a lock gate forming element of the first and / or second lock gate is mechanically designed so that the material is divided during the closing movement of the element. As a result, sealing takes place through the lock gate, even if material is in the way of the lock gate element (material, for example, branches which are sheared off).
Bevorzugt reicht die Stärke des Elements aus, auch im Material befindliche Steine zu zerkleinern. Alternativ ist die Schleuse als Zellradschleuse oder in Form eines Kugelhahns ausgebildet.Preferably, the strength of the element is sufficient to also crush stones located in the material. Alternatively, the lock is designed as a rotary valve or in the form of a ball valve.
Ganz besonders vorteilhaft ist die Schleuse gasdicht ausgelegt, so dass kein (oder nur minimal) Außenatmosphäre durch die Schleuse in Richtung Vergaser gelangt (evtl. durch zwischengeschaltete Materialtransporteinrichtung) und/oder Verschwelungsgase aus dem Vergaser austreten.Most advantageously, the lock is designed to be gas-tight, so that no (or only minimally) external atmosphere passes through the lock in the direction of the carburetor (possibly through interposed material transporting device) and / or outgassing gases escape from the carburettor.
In Ausgestaltung weist der Vergaser weiterhin eine zweite Wärmetauschereinrichtung auf, die mit einer oder der Materialtransport- und -dosiereinrichtung und/oder mit einer oder der Materialschleuse im Wärmeaustausch steht. Die Wärmetauschereinrichtung dient zur Erwärmung des kohlenstoffhaltigen Materials, das in der Schleuse und/oder der Materialtransporteinrichtung lagert. Vorzugsweise ist die zweite Wärmetauschereinrichtung mit der (ersten) Wärmetauschereinrichtung (die mit der oberen und ggf. den optionalen Vergaserstufen in Wärmekontakt steht) in Reihe geschaltet. Vorteilhaft wird das entstandene Gas aus der unteren Vergaserstufe durch eine zweite Wärmetauschereinrichtung geleitet. Vorzugsweise ist zweite Wärmetauschereinrichtung als ein Rohr oder ein Mantel um die Materialtransporteinrichtung ausgebildet. Vorzugsweise werden die Materialtransport- und -dosiereinrichtung und/oder die Schleuse entlüftet, so dass der beim Erwärmen freigesetzte Wasserdampf entweichen kann. Der Wasserdampf kann aber auch ganz oder teilweise dem Vergaser zugeführt werden.In an embodiment, the carburetor further comprises a second heat exchanger device, which with one or the material transport and - Metering device and / or with one or the material lock is in heat exchange. The heat exchanger device serves to heat the carbonaceous material which is stored in the lock and / or the material transport device. Preferably, the second heat exchanger device is connected in series with the (first) heat exchanger device (which is in thermal contact with the upper and optionally the optional gasifier stages). Advantageously, the resulting gas from the lower carburetor stage is passed through a second heat exchanger device. Preferably, the second heat exchanger device is designed as a tube or a jacket around the material transport device. Preferably, the material transport and metering device and / or the lock are vented, so that the water vapor released during heating can escape. The water vapor can also be supplied in whole or in part to the gasifier.
Bevorzugt weist der Vergaser eine Steuereinrichtung auf, mittels der der Antrieb steuerbar ist und/oder die Drehzahl des Antriebs steuerbar ist. Alternativ oder zusätzlich ist mit der Steuereinrichtung eine oder die Materialtransport- und -dosiereinrichtung steuerbar oder der Materialtransport mittels der Materialtransport- und -dosiereinrichtung steuerbar. Alternativ oder zusätzlich ist mit der Steuereinrichtung eine oder die Materialschleuse steuerbar oder das Öffnen und Schließen von einem oder mehreren Schleusentoren der Materialschleuse steuerbar. Alternativ oder zusätzlich ist mit der Steuereinrichtung die Heizleistung der oder einer Heizeinrichtung steuerbar.Preferably, the carburetor on a control device by means of which the drive is controllable and / or the speed of the drive is controllable. Alternatively or additionally, one or the material transport and metering device can be controlled with the control device or the material transport can be controlled by means of the material transport and metering device. Alternatively or additionally, one or the material lock can be controlled with the control device or the opening and closing of one or more lock gates of the material lock can be controlled. Alternatively or additionally, the heating power of the or a heating device can be controlled with the control device.
Mittels der Steuerung durch die Steuereinrichtung ist ein kontinuierlicher Materialtransport oder ein schubweiser Materialtransport durch die Materialtransport- und -dosiereinrichtung ansteuerbar. Vorteilhaft ist durch die Steuereinrichtung die in die obere Vergaserstufe zuführbare Menge oder mittlere Menge oder momentan benötigte Menge steuerbar.By means of the control by the control device, a continuous material transport or a batchwise material transport by the material transport and metering device can be controlled. The control device can advantageously control the quantity which can be fed into the upper carburetor stage or the mean or currently required amount.
Mittels der Steuerung ist vorteilhaft die Drehzahl der Drehscheibe bzw. der Welle einstellbar, insbesondere bedarfsabhängig einstellbar, insbesondere lässt sich die Drehzahl in Abhängigkeit des Vergasungsprozesses erhöhen oder erniedrigen. Alternativ oder zusätzlich werden die Drehzahl und/oder die Temperatur in Abhängigkeit des Heizwerts des kohlenstoffhaltigen Materials eingestellt.By means of the controller, the rotational speed of the rotary disk or the shaft is advantageously adjustable, in particular adjustable as required, in particular, the speed can be increased or decreased depending on the gasification process. Alternatively or additionally, the rotational speed and / or the temperature are adjusted as a function of the calorific value of the carbonaceous material.
Vorzugsweise wird mittels der Steuereinrichtung in Abhängigkeit der Temperatur (vorzugsweise in der unteren Vergaserstufe) die Heizleistung der oder einer Heizeinrichtung so angesteuert, dass eine Soll- oder Mindesttemperatur erreicht wird.Preferably, by means of the control device as a function of the temperature (preferably in the lower carburetor stage), the heating power of the or a heating device is controlled so that a desired or minimum temperature is reached.
In Ausgestaltung weist der Vergaser einen oder mehrere Temperatursensoren und/oder eine Gassensoreinrichtung auf, dessen oder deren Signale der Steuereinrichtung zuführbar sind. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgelegt, die Drehzahl des Antriebs und/oder die Förderung durch die oder eine Materialtransport- und -dosiereinrichtung in Abhängigkeit des oder der Signale von der Gassensoreinrichtung und/oder den Temperatursensoren zu steuern. Ganz besonders vorteilhaft ist die Steuereinrichtung so ausgelegt, dass die Materialzufuhr in Abhängigkeit der Temperatur in zumindest einer der Vergaserstufen (vorzugsweise der unteren) geregelt wird. Die Materialzufuhr ist dabei die Menge (Masse) des zugeführten Materials (absolut und/oder pro Zeiteinheit). Weiter vorzugsweise wird in Abhängigkeit der Temperatur in zumindest einer der Vergaserstufen eine oder die Heizeinrichtung geregelt (vorzugsweise eine oder die Heizeinrichtung, die die untere Vergaserstufe heizt.In an embodiment, the carburetor has one or more temperature sensors and / or a gas sensor device whose or whose signals can be fed to the control device. The control device is designed to control the rotational speed of the drive and / or the conveyance through the or a material transport and metering device as a function of the signal or signals from the gas sensor device and / or the temperature sensors. Most preferably, the control device is designed so that the material supply in response to the temperature in at least one of the carburetor stages (preferably the lower) is regulated. The material supply is the amount (mass) of the supplied material (absolute and / or per unit of time). Further preferably, depending on the temperature in at least one of the carburetor stages, one or more heating means is controlled (preferably one or the heating means which heats the lower carburetor stage.
In Ausgestaltung weist der Vergaser eine oder die Heizeinrichtung auf, mittels der die obere und/oder untere Vergaserstufe zumindest beim Hochfahren oder bei der Inbetriebnahme des Vergasers heizbar ist. Die Heizeinrichtung kann beispielsweise wie eine Heizung eines Keramikofens ausgestaltet sein. Die Heizeinrichtung kann eine elektrische und/oder eine gasbetriebene Heizeinrichtung sein. Beispielsweise erfolgt das Anheizen bei einer ersten Leistungsstufe (z. B. 6 kW) und nachdem der Vergasungsprozess angefahren ist, wird nur noch maximal 1/5, 1/7, 1/10 oder 1/15 der ersten Heiz-Leistungsstufe benötigt.In an embodiment, the carburetor has one or the heating device, by means of which the upper and / or lower carburetor stage can be heated at least during startup or during the startup of the carburettor. The heater may be configured, for example, as a heater of a ceramic furnace. The heating device can be an electric and / or a gas-operated heating device. For example, the heating takes place at a first power level (eg 6 kW) and after the gasification process has started, only a maximum of 1/5, 1/7, 1/10 or 1/15 of the first heating power level is required.
In Ausgestaltung weisen die obere Drehscheibe und/oder optionale weitere Drehscheiben einen oder mehrere Durchgänge von oben nach unten auf. Mit 'weiteren' Drehscheiben ist nicht die untere Drehscheibe gemeint. Vorzugsweise ist der Durchmesser von Durchgängen in weiter unten liegenden weiteren Drehscheiben kleiner als der Durchmesser von Durchgängen in der oberen Drehscheibe. Beispielsweise ist der Lochdurchmesser des Durchgangs in der oberen Drehscheibe 75 mm, in der darunterliegenden weiteren Drehscheibe 50 mm, und in der unter dieser liegenden weiteren Drehscheibe 35 mm.In an embodiment, the upper turntable and / or optional further turntables have one or more passages from top to bottom. With 'other' turntables is not meant the lower turntable. Preferably, the diameter of passages in lower turntables further down is smaller than the diameter of passages in the upper turntable. For example, the hole diameter of the passage in the upper turntable 75 mm, in the underlying
Vorzugsweise hat die untere Drehscheibe kein Loch. Vorzugsweise hat die untere Drehscheibe einen Durchmesser oder einen Radius von 400 mm.Preferably, the lower turntable has no hole. Preferably, the lower turntable has a diameter or radius of 400 mm.
Vorzugsweise ist der Spalt am Außenumfang der oberen Drehscheibe 5 mm.Preferably, the gap on the outer circumference of the upper turntable 5 mm.
In Ausgestaltung ist der unteren Vergaserstufe ein Vergasungsbeschleunigungsmittel zugesetzt, das nicht oder im Wesentlichen nicht vergast (flüssig aber mit geringem Dampfdruck) und keine Verbindung mit den entstehenden Gasen eingeht. Das Mittel erhöht den Energieübertrag. Beispielsweise ist Zinn zugesetzt. Das Mittel ist vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 5 Kg, 3 bis 8 kg, 5 bis 15 kg, 8 bis 20 kg oder 12 bis 50 kg zugesetzt.In an embodiment, the gasifier accelerator is added to the lower carburetor stage, which does not or substantially not gasified (liquid but with low vapor pressure) and does not enter into any connection with the resulting gases. The agent increases the energy transfer. For example, tin is added. The agent is preferably in one Amount of 1 to 5 kg, 3 to 8 kg, 5 to 15 kg, 8 to 20 kg or added 12 to 50 kg.
In Ausgestaltung ist dem Vergaser eine Gaswascheinrichtung und/oder eine Fermentiereinrichtung nachgeschaltet (vollumfänglich wird hierzu auf die oben genannte
Das kohlenstoffhaltige Material, das durch den Vergaser vergast werden kann, umfasst ein oder mehrere der folgenden:
- – Abfälle aus Industrie und/oder Haushalt,
- – Lacke,
- – Altöl,
- – Altfett,
- – Klärschlamm,
- – Papierschliff (vorzugsweise mit Beimischung von anderem kohlenstoffhaltigem Material zur Erreichung Mindestbrennwert),
- – Reifen,
- – landwirtschaftliche Reststoffe,
- – landwirtschaftliche Nebenprodukte,
- – Siedlungsabfälle, und
- – forstwirtschaftliche Reststoffe.
- - waste from industry and / or household,
- - paints,
- - waste oil,
- - old fat,
- - sewage sludge,
- - paper pulp (preferably with admixture of other carbonaceous material to achieve minimum fuel value),
- - Tires,
- - agricultural residues,
- - agricultural by-products,
- - municipal waste, and
- - forestry residues.
Vorzugsweise arbeitet der Vergaser ohne Einleitung von Wasser/Dampf in die Vergaserstufen und/oder ohne Sauerstoffzufuhr (bzw. arbeitet unter Sauerstoffabschluss) (allotherm).Preferably, the carburetor works without introduction of water / steam into the gasifier stages and / or without oxygen supply (or works under exclusion of oxygen) (allothermic).
Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb eines Vergasers vorgesehen, wobei der Vergaser nach einem oder mehreren der vorangehenden oder der im nachfolgenden beschriebenen Merkmale ausgestaltet ist. Der Vergaser ist (optional mit einer oder der Steuereinrichtung) so ansteuerbar, dass eines oder mehrere der Folgenden zutrifft:
- a) die Drehzahl des Antriebs ist veränderbar,
- b) der Materialtransport mittels der oder einer Materialtransport- und -dosiereinrichtung ist steuerbar, und
- c) das Öffnen und Schließen von einem oder mehreren Schleusentoren der oder einer Materialschleuse ist steuerbar.
- a) the speed of the drive is variable,
- b) the material transport by means of or a material transport and -dosiereinrichtung is controllable, and
- c) the opening and closing of one or more lock gates of the or a material lock is controllable.
Vorzugsweise erfolgt die Steuerung in Abhängigkeit der Temperatur in einer oder mehreren der Vergaserstufen (vorzugsweise der Temperatur in der unteren Vergaserstufe). Vorzugsweise werden die Drehzahl und/oder die Temperatur in Abhängigkeit des Brennwerts des Materials eingestellt. Alternativ oder zusätzlich erfolgt die Steuerung in Abhängigkeit eines Parameters des aus der unteren Vergaserstufe ausströmenden Gases. Vorzugsweise ist ein Parameter des ausströmenden Gases eines oder mehrere der folgenden: Temperatur des Gases, Feuchtigkeit des Gases, Stickoxid-Konzentration, Staubkonzentration, Rußkonzentration, CO-Konzentration, CO2-Konzentration, Methan-Konzentration, H2-Konzentration, Konzentration der höherkettigen Kohlenwasserstoffe.The control preferably takes place as a function of the temperature in one or more of the gasifier stages (preferably the temperature in the lower gasifier stage). Preferably, the speed and / or the temperature are adjusted depending on the calorific value of the material. Alternatively or additionally, the control takes place as a function of a parameter of the gas flowing out of the lower gasifier stage. Preferably, a parameter of the effluent gas is one or more of the following: temperature of the gas, moisture of the gas, nitric oxide concentration, dust concentration, soot concentration, CO concentration, CO 2 concentration, methane concentration, H 2 concentration, higher chain concentration hydrocarbons.
Vorzugsweise wird die Temperatur dadurch eingestellt, dass die oder eine Heizeinrichtung die Temperatur in der untersten Vergaserstufe durch Zuheizen einstellt.Preferably, the temperature is adjusted by the heater or heater setting the temperature in the lowest carburetor stage by heating.
Ganz besonders vorteilhaft ist das im Vergaser ausgeführte Vergasungsverfahren ein allothermes Vergasungsverfahren (vorzugsweise vollständig ohne Vergasungsmittel (wie O2)).Most advantageously, the gasification process carried out in the gasifier is an allothermal gasification process (preferably completely without gasification agent (such as O 2)).
Die oben beschriebenen Elemente und/oder Merkmale und die Elemente und/oder Merkmale der folgenden detaillierten Beschreibung sind in beliebiger Kombination oder Unterkombination miteinander kombinierbar.The above-described elements and / or features and the elements and / or features of the following detailed description can be combined with one another in any combination or subcombination.
Anhand der Figuren werden Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the figures. Show it:
Die obere und untere Vergaserstufe
In der unteren Vergaserstufe
Die Welle
Die untere Drehscheibe
In dem dargestellten Beispiel überlappen sich die Zylinder 8, 12, um durch den Außenzylinder
Die Beschickung der oberen Vergaserstufe
Das Förderrohr
Das (optional durch den ersten und/oder zweiten Wärmetauscher
Entsprechend zeigt
Zum Pyrolyse- bzw. Vergasungsprozess ist anzumerken, dass grundsätzlich in jeder der Vergaserstufen (
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 22
- Vergasereinheitgasifier unit
- 44
- FördereinrichtungConveyor
- 66
- Vergasercarburettor
- 88th
- Innenwandung/InnenzylinderInner wall / inner cylinder
- 1010
- Abdeckungcover
- 1212
- Außenwandung/AußenzylinderOuter wall / outer cylinder
- 1414
- Bodenground
- 1616
- obere Stufe/Wirbelkammerupper stage / vortex chamber
- 16a16a
- erste Zwischenstufe/Wirbelkammerfirst intermediate / vortex chamber
- 16b16b
- zweite Zwischenstufe/Wirbelkammersecond intermediate / vortex chamber
- 1818
- untere Pyrolysestufe/Wirbelkammerlower pyrolysis stage / vortex chamber
- 2020
- obere Scheibe/Tellerupper disc / plate
- 20a20a
- erste Zwischenscheibe/Tellerfirst washer / plate
- 20b20b
- zweite Zwischenscheibe/Tellersecond washer / plate
- 2222
- untere Scheibe/Tellerlower disc / plate
- 2424
- Wellewave
- 2626
- Antrieb/MotorDrive / motor
- 2828
- Lagercamp
- 3030
- erster Wärmetauscherfirst heat exchanger
- 3232
- Gasführung/-kanalGas guide / channel
- 3434
- Heizungheater
- 4040
- FöderrohrFöderrohr
- 4242
- Schneckeslug
- 4444
- Schneckenwelleworm shaft
- 4646
- Motorengine
- 5050
- Schleuseneinheitlock unit
- 5252
- Befüllungstrichter/VorratsbehälterFilling hopper / reservoir
- 5454
- erster Schieberfirst slide
- 5656
- zweiter Schiebersecond slider
- 5858
- Schleusenkammerlock chamber
- 7070
- zweiter Wärmetauschersecond heat exchanger
- 7272
- Gaskanalgas channel
- 7474
- Verbindungsleitungconnecting line
- 7676
- Gasauslassgas outlet
- 7878
- GasanalysatorGas analyzer
- 8080
- erster Durchlassfirst passage
- 8282
- Mitnehmer/RotorblattCarrier / rotor blade
- 8686
- zweiter Durchlasssecond passage
- 8888
- Mitnehmer/RotorblattCarrier / rotor blade
- 100100
- Steuerungcontrol
- 102102
- Wellenantriebshaft drive
- 104104
- Schneckenantriebscrew drive
- 106106
- SchleusenaktuatoreinheitSchleusenaktuatoreinheit
- 108108
- erster Temperatursensorfirst temperature sensor
- 110110
- zweiter Temperatursensorsecond temperature sensor
- 112112
- Heizeinheitheating unit
- 114114
- GasanalyseeinheitGas analysis unit
- a1, a2,a1, a2,
- a3 Abstand/Spalta3 distance / gap
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 2650347 A1 [0002, 0040, 0040] EP 2650347 A1 [0002, 0040, 0040]
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102015013937.1A DE102015013937A1 (en) | 2015-10-28 | 2015-10-28 | Multi-stage carburetor with vortex zones |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102015013937.1A DE102015013937A1 (en) | 2015-10-28 | 2015-10-28 | Multi-stage carburetor with vortex zones |
Publications (1)
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DE102015013937A1 true DE102015013937A1 (en) | 2017-05-04 |
Family
ID=58545697
Family Applications (1)
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R081 | Change of applicant/patentee |
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