-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Wirbelschichtvergasungssystem zum Vergasen von Rohmaterial mittels einer Wirbelschicht.
-
Stand der Technik
-
Es ist ein Wirbelschichtvergasungsverfahren zum Vergasen von Rohmaterial wie etwa Kohle, Biomasse oder Schlamm vorgeschlagen worden, wobei das Rohmaterial einem Wirbelschichtvergasungsofen zugeführt wird, dem vorher heißes Schichtmaterial oder ein Fluidmedium zugeführt worden ist, wobei ein Vergasungsmittel zugeführt wird, um eine Wirbelschicht zu bilden, um dadurch das Rohmaterial zu vergasen, wobei das resultierende Produktionsgas nach außen entnommen wird, während das Schichtmaterial und Holzkohle, die bei der Vergasung im Vergasungsofen erzeugt wird, einem Wirbelschichtverbrennungsofen zugeführt werden, um das Schichtmaterial durch Wirbelschichtverbrennung der Holzkohle zu erhitzen, wobei das erhitzte Schichtmaterial erneut dem Wirbelschichtvergasungsofen zugeführt wird (siehe z. B. Literaturhinweis 1).
-
1 zeigt ein Wirbelschichtvergasungssystem, das in dem obigen Literaturhinweis 1 offenbart ist. In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Wirbelschichtverbrennungsofen, in den das Schichtmaterial und Holzkohle, die bei der Vergasung von Rohmaterial 26 in einem Wirbelschichtvergasungsofen 2 erzeugt wird, von unten eingeleitet werden, während Luft, die von einem Luftrohr 4 zugeführt wird, durch einen unteren Windkasten 3 geblasen wird. Die Holzkohle und das Schichtmaterial werden verwirbelt und durch die eingeblasene Luft hochgehoben und verbrannt bzw. erhitzt, während sie hochgehoben werden. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Anschluss für zusätzlichen Brennstoff, um zusätzlichen Brennstoff zum Erhitzen einer Wirbelschicht in dem Wirbelschichtverbrennungsofen 1 zuzuführen; 6 bezeichnet einen Wärmetauscher für die Wärmerückgewinnung, der in einem oberen Abschnitt des Verbrennungsofens 1 angeordnet ist.
-
Der obere Abschnitt des Wirbelschichtverbrennungsofens 1 ist über ein Übertragungsrohr 7 mit einem Separator 8 verbunden, der einen Fliehkrafttrenner enthält. Der Separator 8 besitzt einen äußeren Zylinder 9 und einen inneren Zylinder 10, wobei heißes Fluid, das Schichtmaterial von dem Wirbelschichtverbrennungsofen 1 enthält, über das Übertragungsrohr 7 tangential in den äußeren Zylinder 9 eingeleitet wird, wo es in das Schichtmaterial und in Abgas zentrifugiert wird. Das Abgas mit feinkörniger Asche wird durch den Innenzylinder 10 abgeführt, während das Schichtmaterial 11 mit grobkörniger, unverbrannter Holzkohle über ein Fallrohr 12, das sich von einem unteren Ende des äußeren Zylinders 9 im Separator 8 erstreckt, einem Wirbelschichtvergasungsofen 2 zugeführt wird.
-
Der Wirbelschichtvergasungsofen 2 umfasst einen Einleitungsabschnitt 13 zum Einleiten des im Separator 8 getrennten Schichtmaterials 11 durch das Fallrohr 12, einen Vergasungsabschnitt 15 zum Vergasen von Rohmaterial von einer Rohmaterial-Zufuhrvorrichtung 14 mittels der Wärme des Schichtmaterials 11, einen Verbindungsabschnitt 17 für die Zufuhr des Schichtmaterials 11 im Einleitungsabschnitt 13 durch eine Wirbelschicht 16 zu dem Vergasungsabschnitt 15, und einen Vergasungsmittel-Kastenabschnitt 18, der sich über Unterseiten der Abschnitte 13, 17 und 15 erstreckt, um das Vergasungsmittel wie etwa Dampf dem Wirbelschichtvergasungsofen 2 zuzuführen, und der mit einer Vergasungsmittel-Zufuhrleitung 19 verbunden ist. Die Trennung des Einleitungsabschnitts 13 und des Vergasungsabschnitts 15 in der Wirbelschicht 16 durch den Verbindungsabschnitt 17 wie in 1 gezeigt verhindert, dass verbranntes Gas in dem Wirbelschichtverbrennungsofen 1 durch den Wirbelschichtvergasungsofen 2 zurück in den Separator 8 strömt.
-
Das Schichtmaterial und die Holzkohle, die in dem Vergasungsabschnitt 15 nicht vergast worden sind, werden für die Zirkulation dem Wirbelschichtverbrennungsofen 1 über einen Zufuhrströmungsdurchlass 25, der beispielsweise ein Überlaufrohr enthält, zugeführt, wobei das Schichtmaterial anschließend durch die Verbrennung der Holzkohle erneut erhitzt wird.
-
Wenn als Rohmaterial
26 Kohle zugeführt wird, um in dem Vergasungsabschnitt
15 vergast zu werden, wird Produktionsgas
20 erzeugt, das mit Gaskomponenten wie etwa Wasserstoff (H
2), Kohlenstoffmonoxid (CO) und Methan (CH
4) gemischt ist; wenn als zu vergasendes Rohmaterial
26 Biomasse oder dergleichen mit einem höheren Wassergehalt zugeführt wird, wird Produktionsgas
20 mit den oben erwähnten Gaskomponenten erzeugt, das viel Dampf enthält. Das Produktionsgas
20 wird über ein Auslassrohr
21 aus dem Wirbelschichtvergasungsofen
2 in eine Rückgewinnungsvorrichtung
22 entnommen, wo das Produktionsgas
20 von sehr feinem Pulver
23, das im Gas mitgerissen worden ist, getrennt wird und durch ein Innenrohr
24 entnommen wird. Das Produktionsgas
20, das auf diese Weise entnommen worden ist, kann mit Druck beaufschlagt werden und als Brennstoff beispielsweise einer Gasturbine zugeführt werden oder kann einer Raffinerie zugeführt werden, um aus dem Produktionsgas
20 irgendein Zielgas zu erzeugen.
[Literaturhinweis 1]
JP 2005-41959A -
Zusammenfassung der Erfindung
-
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
-
Vorzugsweise besitzt der Wirbelschichtvergasungsofen 2 im Hinblick auf die Einsparung erforderlicher Materialien einen rechteckigen Abschnitt. Der rechteckige Abschnitt bringt jedoch das Problem mit sich, dass, wie in 1 gezeigt ist, das Schichtmaterial 11, das dem Wirbelschichtvergasungsofen 2 von dem Separator 8 über das Fallrohr 12 zugeführt wird, sich nicht über die gesamte Ebene des Wirbelschichtvergasungsofens 2 bewegen kann. Dieses Problem nimmt an Bedeutung zu, wenn der Brennstoffbehandlungsumfang in dem Wirbelschichtvergasungssystem vergrößert wird, da der Wirbelschichtvergasungsofen 2 vergrößert werden muss.
-
Wie in 2, die eine Draufsicht des Systems von 1 ist, genauer gezeigt ist, wird das Schichtmaterial 11 vom Separator 8 durch das Fallrohr 12 dem Einleitungsabschnitt 13 des Wirbelschichtvergasungsofens 2 an einem Punkt oder einer Position I zugeführt, so dass sich das Schichtmaterial 11, das dem Einleitungsabschnitt 13 zugeführt wird, von der Position I in eine Position II des Zufuhrströmungsdurchlasses 25 auf einem kürzesten Weg 27 bewegen kann. Somit werden seitlich von dem kürzesten Weg 27 zwischen der Position I und der Position II tote Räume 28 erzeugt, wo die Bewegung des Schichtmaterials 11 stagniert und nicht jede Ecke erreichen kann. Im Ergebnis entsteht das Problem, dass unverbrannte Holzkohle, die in den Wirbelschichtvergasungsofen 2 eintritt, nicht jede Ecke des Ofens erreichen kann und ihn verlässt, bevor die notwendige Zeit für die Reaktion verstrichen ist. Die stagnierende Bewegung des Schichtmaterials in den toten Räumen 28 senkt die Temperatur des Schichtmaterials, was aufgrund der Tatsache, dass die toten Räume 28 durch Außenwände 2' des Wirbelschichtvergasungsofens 2 inhärent gekühlt werden, weiter gefördert wird.
-
Somit führen die toten Räume 28, die in dem herkömmlichen Wirbelschichtvergasungsofen 2 erzeugt werden und in denen die Bewegung des Schichtmaterials stagniert, zu dem Problem der Senkung des Vergasungswirkungsgrades des Rohmaterials 26 durch den Wirbelschichtvergasungsofen 2.
-
Wenn darüber hinaus das Rohmaterial 26 dem Wirbelschichtvergasungsofen 2 an einer Mittelposition III des Ofens zugeführt wird, wird das Rohmaterial 26 zusammen mit Schichtmaterial, das sich auf dem kürzesten Weg 27 bewegt, zu dem Zufuhrströmungsdurchlass 25 gelenkt, wobei Holzkohle, die nicht reagiert hat, nachteilig durch den Zufuhrströmungsdurchlass 25 ausströmt, was eine Senkung des Vergasungswirkungsgrades zur Folge hat. Wenn das Rohmaterial 26 dem Wirbelschichtvergasungsofen 2 an einer nicht mittigen Position des Ofens zugeführt wird, tritt eine Abweichung der Konzentration des Rohmaterials 26 in dem Wirbelschichtvergasungsofen 2 auf, was ebenfalls eine nachteilige Senkung des Vergasungswirkungsgrades zur Folge hat.
-
Um andererseits das heiße Fluid von dem Wirbelschichtverbrennungsofen 1 über das Übertragungsrohr 7 zu dem Separator 8 zu führen, muss verhindert werden, dass Partikel wie etwa Schichtmaterial, das in dem heißen Fluid mitgerissen wird, in dem Übertragungsrohr 7 getrennt und akkumuliert werden und dieses verstopfen, so dass das Übertragungsrohr 7 eine Länge besitzen muss, die so kurz wie möglich ist. Das Übertragungsrohr 7 besitzt jedoch in dem Wirbelschichtvergasungsofen 2 von 1 nachteilig eine große Länge, da das Schichtmaterial 11 über das Fallrohr 12 durch den Einleitungsabschnitt 13, der sich entfernt von dem Wirbelschichtverbrennungsofen 1 befindet, empfangen wird.
-
Um dieses Problem zu beseitigen, kann, wie in den 3 und 4 gezeigt ist, die Anordnung des Separators 8 in der Nähe des Wirbelschichtverbrennungsofens 1 in Betracht gezogen werden. In 4 sind Separatoren 8 und 8', die über kurze Übertragungsrohre 7 bzw. 7' mit dem Wirbelschichtverbrennungsofen 1 verbunden sind, über seitlichen Ecken des Wirbelschichtvergasungsofens 2 in der Nähe des Wirbelschichtverbrennungsofens 1 angeordnet.
-
In dem in 4 gezeigten Aufbau ist es jedoch möglich, dass das Schichtmaterial 11, das über die Fallrohre 12 den Ecken des Wirbelschichtvergasungsofens 2 in der Nähe des Wirbelschichtverbrennungsofens 1 zugeführt wird, auf kürzesten Wegen 27 zu dem Zufuhrströmungsdurchlass 25 strömt, so dass Holzkohle, die nicht reagiert hat, durch den Zufuhrströmungsdurchlass 25 ausströmt und ein toter Raum 28 mit niedriger Temperatur in dem Wirbelschichtvergasungsofen 2 an einer Position entfernt von dem Wirbelschichtverbrennungsofen 1, wo sich kein Schichtmaterial bewegt, produziert wird. Dies macht die Temperatur im Wirbelschichtvergasungsofen 2 ungleichmäßig, mit der nachteiligen Folge, dass der Vergasungswirkungsgrad des Rohmaterials 26 in dem Wirbelschichtvergasungsofen 2 gesenkt wird.
-
Die Erfindung wurde angesichts der oben erwähnten Probleme des Standes der Technik gemacht, wobei ihre Aufgabe darin besteht, ein Wirbelschichtvergasungssystem zu schaffen, das Rohmaterial mit höherem Vergasungswirkungsgrad vergasen kann.
-
Mittel oder Maßnahmen zum Lösen der Probleme
-
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst mit dem Wirbelschichtvergasungssystem gemäß Patentanspruch 1.
-
Die Erfindung ist auf ein Wirbelschichtvergasungssystem gerichtet, das umfasst:
einen Wirbelschichtverbrennungsofen, um Schichtmaterial durch Verbrennen von Holzkohle zu erhitzen,
einen Separator, um Schichtmaterial von heißem Fluid aus dem Wirbelschichtverbrennungsofen zu trennen,
einen Wirbelschichtvergasungsofen, in den das Rohmaterial eingeleitet wird und das Schichtmaterial, das in dem Separator getrennt wird, über ein Fallrohr eingeleitet wird, wobei das Rohmaterial mittels einer Wirbelschicht vergast wird, die mit einem Vergasungsmittel versorgt wird, um Produktionsgas zu entnehmen, und
einen Zufuhrströmungsdurchlass, um das Schichtmaterial und Holzkohle, die bei der Vergasung des Rohmaterials in dem Wirbelschichtvergasungsofen produziert wird, zu einem Wirbelschichtverbrennungsofen zirkulieren zu lassen,
wobei das Wirbelschichtvergasungssystem Bewegungsregulierungsmittel umfasst, um die Bewegungsrichtung des Schichtmaterials zu regulieren, die zwischen Positionen des Fallrohrs des Separators und des Zufuhrströmungsdurchlasses in der Ebene des Wirbelschichtvergasungsofens angeordnet sind, wobei das über das Fallrohr eingeleitete Schichtmaterial durch die Bewegungsregulierungsmittel über einen gewundenen Strömungsdurchlass zu dem Zufuhrströmungsdurchlass gelenkt wird.
-
In dem gewundenen Strömungsdurchlass können Sperrmittel angeordnet sein, um eine Oberseite des gewundenen Strömungsdurchlasses abzudichten und um sein unteres Ende in die Wirbelschicht zu verlängern, um dadurch einen Vorbehandlungskammer zu schaffen, die das Fallrohr enthält, wobei Rohmaterial der Vorbehandlungskammer für die Vorbehandlung des Rohmaterials zugeführt wird, wobei das vorbehandelte Rohmaterial unter den Sperrmitteln vorbeibewegt wird, um es durch den gewundenen Strömungsdurchlass zu leiten.
-
Die Bewegungsregulierungsmittel können den gewundenen Strömungsdurchlass mit einer wärmebeständigen Trennwand versehen, die sich longitudinal in dem Wirbelschichtvergasungsofen erstreckt, um die Wirbelschicht zu unterteilen.
-
Die Bewegungsregulierungsmittel können den gewundenen Strömungsdurchlass mit einer Konkavität versehen, die durch teilweises konkaves Ausbilden einer Außenwand des Wirbelschichtvergasungsofens in die Ebene des Wirbelschichtvergasungsofens geschaffen wird.
-
Ein stromabseitiger Abschnitt des gewundenen Strömungsdurchlasses in der Nähe des Zufuhrströmungsdurchlasses kann mit einem Entnahmeanschluss für Produktionsgas versehen sein.
-
Der einzige Wirbelschichtverbrennungsofen kann mit dem einzigen Separator versehen sein.
-
Der einzige Wirbelschichtverbrennungsofen kann mit mehreren Separatoren versehen sein.
-
In der Vorbehandlungskammer kann das Rohmaterial dehydriert werden, um Dampf zu entnehmen.
-
In der Vorbehandlungskammer kann das Rohmaterial thermisch zersetzt werden, um Pyrolysegas zu entnehmen.
-
Das Pyrolysegas, das aus der Vorbehandlungskammer entnommen wird, kann als Brennstoff zum Heizen dem Wirbelschichtverbrennungsofen zugeführt werden.
-
Wirkungen der Erfindung
-
Ein Wirbelschichtvergasungssystem gemäß der Erfindung kann die ausgezeichnete Wirkung haben, dass sich unverbrannte Holzkohle in dem Wirbelschichtvergasungsofen durch den Ofen bewegt, um einen höheren Vergasungswirkungsgrad zu erreichen, da Bewegungsregulierungsmittel zum Regulieren der Bewegungsrichtung des Schichtmaterials zwischen Anordnungspositionen eines Fallrohrs eines Separators und eines Zufuhrströmungsdurchlasses in der Ebene des Wirbelschichtvergasungsofens angeordnet sind, wobei das über das Fallrohr eingeleitete Schichtmaterial durch die Bewegungsregulierungsmittel von dem Fallrohr zu dem Zufuhrströmungsdurchlass über einen gewundenen Strömungsdurchlass für die Bewegung durch den Wirbelschichtvergasungsofen gelenkt wird.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
1 ist eine Seitenansicht, die ein herkömmliches Wirbelschichtvergasungssystem zeigt;
-
2 ist eine Draufsicht von 1;
-
3 ist eine Seitenansicht, die ein weiteres herkömmliches Wirbelschichtvergasungssystem zeigt;
-
4 ist eine Draufsicht von 3;
-
5 ist eine Seitenansicht, die eine Ausführungsform der Erfindung zeigt;
-
6 ist eine Draufsicht von 5;
-
7 ist eine Draufsicht, die eine Abwandlung der Bewegungsregulierungsmittel zeigt;
-
8 ist eine Draufsicht, die eine Abwandlung des gewundenen Strömungsdurchlasses mit einer Zickzack-Form zeigt;
-
9 ist eine Seitenansicht, die eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt;
-
10 ist eine Draufsicht von 9;
-
11 ist eine Seitenansicht, die eine nochmals weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt;
-
12 ist eine Draufsicht von 11;
-
13 ist eine Seitenansicht, die eine nochmals weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
-
14 ist eine Draufsicht von 13.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Wirbelschichtverbrennungsofen
- 2
- Wirbelschichtvergasungsofen
- 7, 7'
- Übertragungsrohr
- 8, 8'
- Separator
- 11
- Schichtmaterial
- 12
- Fallrohr
- 16
- Wirbelschicht
- 20
- Produktionsgas
- 25
- Zufuhrströmungsdurchlass
- 26
- Rohmaterial (Kohle)
- 26'
- Rohmaterial (Biomasse)
- 27
- kürzester Weg
- 32
- wärmebeständige Trennwand (Bewegungsregulierungsmittel)
- 33, 33'
- gewundener Strömungsdurchlass
- 34
- Entnahmeanschluss
- 35
- Konkavität
- 36, 36'
- Sperrmittel
- 37, 37'
- Vorbehandlungskammer
- 38
- vorbehandeltes Rohmaterial
- 39
- Dampf
- 40
- Pyrolysegas
- 41
- vorbehandeltes Rohmaterial
- I
- Position des Fallrohrs
- II
- Position des Zufuhrströmungsdurchlasses
-
Beste Art zur Ausführung der Erfindung
-
Nun werden in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen Ausführungsformen der Erfindung beschrieben
-
Die 5 und 6 zeigen eine Ausführungsform der Erfindung, die einen Wirbelschichtverbrennungsofen 1, um Schichtmaterial durch Verbrennen von Holzkohle zu erhitzen, einen Separator 8, um das Schichtmaterial 11 von heißem Fluid von dem Wirbelschichtverbrennungsofen 1 zu trennen, sowie einen Wirbelschichtvergasungsofen 2, in den Rohmaterial 26 eingeleitet wird, umfasst, wobei das im Separator 8 getrennte Schichtmaterial über ein Fallrohr 12 eingeleitet wird, wobei eine Wirbelschicht 16 durch Zufuhr eines Vergasungsmittels wie etwa Dampf, Luft oder Kohlenstoffdioxid gebildet wird, wobei das Rohmaterial 26 durch Vermischen mit dem heißen Schichtmaterial in dem Wirbelschichtvergasungsofen 2 vergast wird, um Produktionsgas 20 zu entnehmen, wobei das Schichtmaterial und Holzkohle, die bei der Vergasung des Rohmaterials in dem Wirbelschichtvergasungsofen 2 produziert wird, über einen Zufuhrströmungsdurchlass 25 zu dem Wirbelschichtverbrennungsofen 1 geleitet werden.
-
Der Wirbelschichtvergasungsofen 2, der in den 5 und 6 gezeigt ist, ist in der Nähe des Wirbelschichtverbrennungsofens 1 angeordnet und mit Bewegungsregulierungsmitteln in Form einer wärmebeständigen Trennwand 32 versehen, die seitlich und mittig in dem Wirbelschichtvergasungsofen 2 angeordnet ist und ein Basisende aufweist, das mit einer Wand 29 des Wirbelschichtvergasungsofens 2 in der Nähe des Wirbelschichtverbrennungsofens 1 verbunden ist, ein Spitzenende besitzt, das sich zu einer Wand 30 des Wirbelschichtvergasungsofens 2 entfernt von dem Wirbelschichtverbrennungsofen 1 erstreckt, um einen Verbindungsabschnitt 31 zwischen einem oberen Ende, das mit einer Oberseite des Wirbelschichtvergasungsofens 2 verbunden ist, und einem unteren Ende, das mit einer Unterseite des Wirbelschichtvergasungsofens 2 verbunden ist, zu schaffen. Auf diese Weise wird ein im Wesentlichen U-förmiger gewundener Strömungsdurchlass 33 in dem Wirbelschichtvergasungsofen 2 geschaffen, der durch die wärmebeständige Trennwand 32 unterteilt ist und bei dem Verbindungsabschnitt 31 verbunden ist. Alternativ kann der Aufbau derart sein, dass das obere Ende der wärmebeständigen Trennwand 32 nicht mit der Oberseite des Wirbelschichtvergasungsofens 2 verbunden ist, um hier eine Verbindung der Gasphase zu schaffen.
-
Der einzige Wirbelschichtverbrennungsofen 1 ist über ein Übertragungsrohr 7 mit einem Separator 8 verbunden, der ein Fallrohr 12 besitzt, das an seinem unteren Ende mit einem Ende des im Wesentlichen U-förmigen gewundenen Strömungsdurchlasses 33 (einem rechten Ende bei Betrachtung des Wirbelschichtverbrennungsofens 1) verbunden ist, während das andere Ende des im Wesentlichen U-förmigen gewundenen Strömungsdurchlasses 33 (einem linken Ende, wenn der Wirbelschichtverbrennungsofen 1 betrachtet wird) über den Zufuhrströmungsdurchlass 25 mit dem Wirbelschichtverbrennungsofen 1 verbunden ist. In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 34 einen Entnahmeanschluss für produziertes Gas 20, der in der Nähe des anderen Endes des im Wesentlichen U-förmigen gewundenen Strömungsdurchlasses 33 angeordnet ist.
-
Daher sind in der Ausführungsform der 5 und 6 Bewegungsregulierungsmittel in Form der wärmbeständigen Trennwand 32 zwischen Anordnungspositionen I und II des Fallrohrs 12 des Separators 8 und dem Zufuhrströmungsdurchlass 25 in der Ebene des Wirbelschichtvergasungsofens 2 vorgesehen, so dass das Schichtmaterial 11, das über das Fallrohr 12 eingeleitet wird, zu dem Zufuhrströmungsdurchlass 25 durch den gewundenen Strömungsdurchlass 33 gelenkt wird, der durch die wärmbeständige Trennwand 32 definiert ist, damit es sich durch den Wirbelschichtvergasungsofen 2 bewegt.
-
Für die wärmebeständige Trennwand 32, die in dem Wirbelschichtvergasungsofen 2 als Bewegungsregulierungsmittel vorgesehen ist und die Temperaturen beispielsweise im Bereich von 700°C bis 900°C widerstehen muss, sind viele verschiedene wärmebeständige Strukturen geeignet, etwa eine Struktur, die aus feuerfesten Ziegeln hergestellt ist, eine Struktur, die aus Metall wie etwa Edelstahl hergestellt ist und mit feuerfesten Ziegeln abgedeckt ist, oder eine wassergekühlte Struktur, die aus Edelstahl hergestellt ist und in der Wasser zugeführt wird.
-
Wie in 7 als eine Abwandlung gezeigt ist, können die Bewegungsregulierungsmittel den gewundenen Strömungsdurchlass 33 durch eine Konkavität 35 schaffen, die durch teilweises konkaves Ausbilden einer Wand 29 des Wirbelschichtvergasungsofens 2 in die Ebene des Ofens 2 hinein geschaffen wird. Solche Bewegungsregulierungsmittel in Form der Konkavität 35 werden durch Umgebungsluft ebenso wie die äußeren umgebenden Wände des Wirbelschichtvergasungsofens 2 gekühlt, weshalb sie beispielsweise aus Metall wie etwa aus Edelstahl ebenso wie die äußeren Wände hergestellt sein können.
-
In den Ausführungsformen der 5, 6 und 7 wird das Material durch das Fallrohr 12 von dem Separator 8 dazu veranlasst, durch den gewundenen Strömungsdurchlass 33 aufgrund der Bewegungsregulierungsmittel in Form der wärmebeständigen Trennwand 32 oder der Konkavität 35 in oder auf den Wirbelschichtvergasungsofen 2 zu strömen, so dass das Rohmaterial 26, das in der Nähe des Fallrohrs 12 zugeführt wird, dazu veranlasst wird, durch den gesamten Wirbelschichtvergasungsofen 2 zu strömen, während es mit dem Schichtmaterial zufrieden stellend vermischt wird, woraufhin es zu dem Zufuhrströmungsdurchlass 25 gelenkt wird, weshalb keine toten Räume vorhanden sind, in denen die Bewegung des Schichtmaterials stagnieren könnte. Das Rohmaterial 26, das durch das Fallrohr 12 eingeleitet wird, wird an einem Strömen in den Zufuhrströmungsdurchlass 25 auf dem kürzesten Weg gehindert; das Rohmaterial 26 wird während der Bewegung durch den gewundenen Strömungsdurchlass 33 gleichmäßig vergast, so dass verhindert wird, dass Holzkohle, die nicht reagiert hat, durch den Zufuhrströmungsdurchlass 25 strömt. Daher und aus ähnlichen Gründen wird der Vergasungswirkungsgrad des Rohmaterials 26 in dem Wirbelschichtvergasungsofen 2 erheblich verbessert.
-
In den obigen Ausführungsformen ist eine Formation des U-förmigen gewundenen Strömungsdurchlasses 33 durch die Bewegungsregulierungsmittel in Form der einzigen wärmebeständigen Trennwand 32 oder der Konkavität 35 in oder auf dem Wirbelschichtvergasungsofen 2 offenbart. Alternativ können, wie in 8 in einer Abwandlung gezeigt ist, Bewegungsregulierungsmittel in Form mehrerer wärmebeständiger Trennwände 32 oder dergleichen angeordnet sein, um den gewundenen Strömungsdurchlass 33 zu schaffen, der für eine zickzackförmige Bewegung des Schichtmaterials in dem Wirbelschichtvergasungsofen 2 sorgt. Gemäß dem gewundenen Strömungsdurchlass 33 in Zickzack-Form wird die Bewegungsbahn des Schichtmaterials und des Rohmaterials 26 verlängert, um die Vergasung des Rohmaterials 26 weiter zu erleichtern.
-
Die 9 und 10 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die auf einen Fall angewendet wird, in dem wie in den 3 und 4 ein einziger Wirbelschichtverbrennungsofen 1, jedoch mit zwei Separatoren 8 und 8' vorgesehen ist. In dieser Ausführungsform sind zwei wärmebeständige Trennwände 32, die die Bewegungsregulierungsmittel bilden, in Bezug auf den Zufuhrströmungsdurchlass 25 einander gegenüber und in einer seitlich beabstandeten Beziehung angeordnet, wobei jede der Trennwände 32 ein Basisende, das mit einer Wand 29 des Wirbelschichtvergasungsofens 2 in der Nähe des Wirbelschichtverbrennungsofens 1 verbunden ist, und ein Spitzenende, das sich zu einer Wand 30 des Wirbelschichtvergasungsofens 2 entfernt von dem Wirbelschichtverbrennungsofens 1 erstreckt, um dazwischen einen Verbindungsabschnitt 31 zu schaffen, besitzt. Diese symmetrische Anordnung schafft im Wesentlichen U-förmige gewundene Strömungsdurchlässe 33 und 33' in dem Wirbelschichtvergasungsofen 2, der durch die Trennwände 32 unterteilt ist und bei den Verbindungsabschnitten 31 verbunden ist. Über einem rechten Ende des gewundenen Strömungsdurchlasses 33 in der Nähe der Wand 29 ist ein Separator 8 vorhanden, während über einem linken Ende des gewundenen Strömungsdurchlasses 33' in der Nähe der Wand 29 ein Separator 8' angeordnet ist.
-
Gemäß der Ausführungsform der 9 und 10 wird heißes Fluid von dem Wirbelschichtverbrennungsofen 1 durch das Übertragungsrohr 7 und 7' den Separatoren 8 und 8' zugeführt, wo das Schichtmaterial getrennt wird. Das getrennte Schichtmaterial 11 wird durch die Fallrohre 12 dem rechten bzw. dem linken Ende der gewundenen Strömungsdurchlässe 33 bzw. 33' zugeführt, wobei sich das Schichtmaterial durch die jeweiligen gewundenen Strömungsdurchlässe 33 und 33' in der von dem Wirbelschichtverbrennungsofen 1 wegweisenden Richtung und durch die Verbindungsabschnitte 31 bewegt und bei dem mittigen Strömungsdurchlass mit dem Zufuhrströmungsdurchlass 25 vereinigt wird. Daher wird selbst in dem Wirbelschichtvergasungsofen 2 mit großer lateraler Breite gemäß der Ausführungsform der 9 und 10 das Schichtmaterial dazu veranlasst, durch den gesamten Ofen ohne Stagnation des Schichtmaterials zu strömen.
-
Die 11 und 12 zeigen eine nochmals weitere Ausführungsform der Erfindung, die für die Vergasung von Rohmaterial 26' wie etwa Biomasse mit hohem Wassergehalt geeignet ist. Die Ausführungsform ist der oben erwähnten Ausführungsform der 9 und 10 strukturell ähnlich; in gewundenen Strömungsdurchlässen 33 und 33' sind in der Nähe ihrer rechten und linken Enden zu einem Wirbelschichtverbrennungsofen 1 Sperrmittel 36 bzw. 36' angeordnet, die Oberseiten von gewundenen Strömungsdurchlässen 33 und 33' abdichten und sich an ihren unteren Enden in die Wirbelschicht 16 erstrecken, um dadurch Vorbehandlungskammern 37 und 37' zu schaffen, die jeweils das Fallrohr 12 enthalten. In jede der Vorbehandlungskammern 37 und 37' werden Schichtmaterial 11 und Rohmaterial 26', das Biomasse enthält, eingeleitet. Die Sperrmittel 36 und 36' können eine wärmebeständige Struktur genau wie die wärmebeständige Trennwand 32, die in Verbindung mit 6 erläutert worden ist, haben oder können durch Konkavitäten 35 geschaffen sein, wie in 7 gezeigt ist. In jeder der Vorbehandlungskammern 37 und 37' wird das Rohmaterial 26', das Biomasse enthält, zugeführt, um einer Vorbehandlung unterworfen zu werden, die hauptsächlich auf die Trocknung oder Dehydrierung des Rohmaterials 26' zielt, wobei das vorbehandelte trockene Rohmaterial 38 unter den Sperrmitteln 36 und 36' vorbeibewegt wird, um durch die gewundenen Strömungsdurchlässe 33 und 33' geführt zu werden.
-
In der Ausführungsform der 11 und 12 wird Rohmaterial 26' wie etwa Biomasse mit hohem Wassergehalt in den Vorbehandlungskammern 37 und 37' dehydriert, wobei entstehender Dampf 39 nach außen entnommen wird. Das vorbehandelte trockene Rohmaterial 38 wird unter den Sperrmitteln 36 und 36' vorbeibewegt, um durch die gewundenen Strömungsdurchlässe 33 und 33' geführt zu werden, so dass das vorbehandelte trockene Rohmaterial 38 während der Bewegung in den gewundenen Strömungsdurchlässen 33 und 33' wirksam vergast wird, wobei das Produktionsgas 20, da es frei von dem Dampf 39 ist, durch den Entnahmeanschluss 34 entnommen wird.
-
Die 13 und 14 zeigen eine nochmals weitere Ausführungsform der Erfindung für eine weitere geeignete Vergasung von Rohmaterial 26 wie etwa Kohle. Diese Ausführungsform ist der Ausführungsform der 11 und 12 strukturell ähnlich, wobei Rohmaterial 26, das Kohle enthält, Vorbehandlungskammern 37 und 37' zugeführt wird, wobei das Rohmaterial 26, das Kohle enthält, thermisch zersetzt wird, um Pyrolysegas 40 zu entnehmen, das flüchtige Komponenten enthält. Das vorbehandelte Rohmaterial 41, das in den Vorbehandlungskammern 37 und 37' thermisch zersetzt wird und frei von flüchtigen Komponenten ist, wird unter den Sperrmitteln 36 und 36' vorbeibewegt, um durch die gewundenen Strömungsdurchlässe 33 und 33' geführt zu werden, so dass das vorbehandelte Rohmaterial 41 während seiner Bewegung in den gewundenen Strömungsdurchlässen 33 und 33' einer zufrieden stellenden wässrigen Vergasungsreaktion unterworfen wird, wodurch qualitativ gutes Produktionsgas 20 mit reduziertem Teergehalt entnommen werden kann.
-
Andererseits wird das Pyrolysegas 40, das in den Vorbehandlungskammern 37 und 37' produziert wird, dem Wirbelschichtverbrennungsofen 1 zugeführt, um das Schichtmaterial zu erhitzen, so dass die Temperatur des Schichtmaterials erhöht werden kann, wodurch es möglich ist, dem Wirbelschichtvergasungsofen 2 mehr Rohmaterial 36 zuzuführen, um die Produktionsmenge des Produktionsgases 20 zu erhöhen.
-
Die Beschreibung ist für den zylindrischen Wirbelschichtverbrennungsofen vorgenommen worden; der Ofen kann jedoch jede beliebige Form besitzen. Der Vergasungsgas-Entnahmeanschluss kann irgendwo an der Oberseite des Wirbelschichtvergasungsofens vorgesehen sein.
-
Industrielle Anwendbarkeit
-
Ein Wirbelschichtvergasungssystem der Erfindung ermöglicht es, unverbrannte Holzkohle, die von verschiedenen Arten von Rohmaterialien stammt, dazu zu veranlassen, durch einen gesamten Wirbelschichtvergasungsofen zu strömen, wodurch eine Vergasung mit höherem Wirkungsgrad erreicht wird.
