DE19525488A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Vergasung und Verbrennung - Google Patents

Description

Es sind eine Reihe von Vergasungsverfahren bekannt. Verfah­ ren, die mit Rostfeuerung arbeiten, haben den Nachteil, daß feinkörnige Stoffe wie Sägespäne oder Holzmehl durch den Rost fallen. Bei Flugstrom- oder Wirbelschichtvergasern ist es schwierig, stückige Brennstoffe zu vergasen. Der Feuch­ tigkeitsgehalt muß sich in relativ engen Grenzen bewegen, denn er beeinflußt das Temperaturniveau und damit die Schadstoffemission.

In einem Verfahren zur Entsorgung von Abfallgütern (Patent Nr. DE 41 30 416 C1 und EP 4 43 596 A1) werden die Schwierig­ keiten umgangen, indem der Brennstoff zunächst in einem Kanal entgast wird und der sich bildende Koks in einen Hochtemperaturreaktor fällt, in dem durch Zufuhr von angereichertem Sauerstoff eine Temperatur von über 1500°C herrscht. In diesem Hochtemperaturreaktor werden der Koks vergast, die Schwelgase aufgrund der hohen Temperatur gekrackt, metallische und mineralische Stoffe geschmolzen. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß es für kleinere, dezentrale Anlagen aufgrund des hohen apparativen Aufwandes nicht geeignet ist. Die Sauerstofferzeugungsanlage ist mit hohen Investitionskosten und ständigem Energieverbrauch verbunden. Der Energieaufwand zur Aufrechterhaltung der hohen Temperatur ist nicht unbedeutend und Spezialmaterial muß zur Auskleidung des Hochtemperaturreaktors eingesetzt werden.

Alle Vergasungsverfahren haben den Nachteil, daß über dem gesamten Querschnitt des Vergasers kein einheitliches Temperaturniveau eingestellt werden kann. Auf die Glut kann durch Sauerstoffzufuhr (Luft-) nur von außen eingewirkt werden. Die inhomogene Zusammensetzung des Gutes führt zu Temperaturunterschieden im Glutbett. Dadurch ist es möglich, daß Schwelgase nicht vollständig gekrackt werden, da sie durch Zonen zu niedriger Temperatur strömen. Umge­ kehrt führen örtlich zu hohe Temperaturen zur Aufschmelzung der Asche und damit zur Kanalbildung. In beiden Fällen kommt es zur erhöhten Emission von teerhaltigen Schwelga­ sen.

Eine modulare Bauweise ist bei den bekannten Vergasungsver­ fahren nicht möglich. Jeder Vergaser wird für eine bestimm­ te Feuerleistung ausgelegt. Eine Veränderung der Feuerlei­ stung ist mit einem erheblichen Entwicklungsaufwand verbun­ den, da die wesentlichen Vergasungsparameter verändert wer­ den, die eine erneute Optimierung erforderlich machen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung die oben beschriebenen Nachteile der bekannten Vergasungsverfahren zu beheben. Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vergasung und Verbrennung von biologischen Rohstoffen.

Die Entgasung-Vergasung findet in einem Entgaserteil 1 (s. Fig. 1) und einem sich anschließenden Vergaserteil 2 statt. Das Entgaserteil 1 setzt sich aus mehreren Entgasungskanä­ len 1a, die rund und/oder eckig geformt sein können, zusam­ men. Die Entgasungskanäle 1a werden von außen (indirekt) erhitzt.

Das von der Beschickungsvorrichtung 3 in die Entgasungska­ näle 1a gedrückte Gut entgast, so daß Schwelgas entweicht und Koks übrigbleibt. Das entstehende Schwelgas strömt in Richtung Vergaserteil 2 ab. Am Ende des Entgaserteiles 1 sind zwischen den Entgasungskanälen 1a auf der Abdeckung 28 Lanzen 15 angebracht, die in den Vergaserteil 2 ragen. Zwi­ schen diesen Lanzen 15 werden die aus den Entgasungskanälen 1a austretenden Kokssäulen in den Vergaserteil 2 gedrückt, so daß die Lanzen 15 mechanisch nicht beschädigt werden. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß das im Vergaserteil 2 entstehende Glutbett von den Lanzen 15 aus örtlich gesteuert werden kann. Auf den Lanzen 15 sind Temperatursensoren angebracht, die die Temperatur im Glut­ bett messen. Je nach Temperatur kann nun über die Lanzen 15 entweder Luft, Brenngas/Öl oder Wasser/Dampf zugegeben wer­ den (s. Fig. 3). Wird z. B. aus den Lanzen 15 Wasser dem Glutbett zugeführt, so wird Energie verbraucht und die Um­ gebungstemperatur sinkt. Es entsteht CO und H₂ nach der Reaktion C + H₂O → CO + H₂. Mit den Lanzen 15 wird über dem gesamten Glutbett eine einheitliche Temperatur einge­ stellt. Damit wird verhindert, daß es örtlich zur Asche­ schmelze kommt und daß Schwelgase aus Gebieten zu niedriger Temperatur entweichen. Auf Inhomogenitäten in der Gutzusam­ mensetzung und auf den Feuchtigkeitsgehalt des Gutes kann Einfluß genommen werden.

Die Weite der Entgasungskanäle 1a (bei Rohren: der Rohr­ durchmesser) wird so gewählt, daß das Gut im einzelnen Ent­ gasungskanal 1a optimal entgasen kann. Entsprechend der Feuerleistung des Vergasers wird nun die erforderliche Anzahl von Entgasungskanälen 1a zu einem Bündel zusammenge­ faßt. Auf diese Weise können Vergaser ohne großen Entwick­ lungsaufwand für verschiedenste Feuerleistungen zusammenge­ stellt werden, denn nicht nur die Entgasung sondern auch die Vergasung wird aufgrund der Steuermöglichkeit über die Lanzen 15 in den Vergasern verschiedener Leistung gleich ablaufen.

Die Vorrichtung ist in Fig. 1 dargestellt. Im Entgaserteil 1 sind Entgasungsrohre 1a zu einem Rohrbündel zusammenge­ faßt (s. Fig. 2). Das Rohrbündel ist von einem Mantel 1b (s. Fig. 2) umgeben. Der Zwischenraum 29 zwischen dem Man­ tel 1b und den Entgasungsrohren 1a ist an beiden Enden des Entgasungsteils durch eine Abdeckung 28 abgeschlossen. In den Zwischenräumen 29 zwischen den Entgasungsrohren 1a sind Brenner 5a angebracht, die die Entgasungsrohre 1a auf Entgasungstemperatur erhitzen. Durch die Abdeckung 28 des Zwischenraumes 29 zwischen dem Mantel 1b und den Entga­ sungsrohren 1a zu beiden Enden des Entgaserteils kann das von den Brennern 5a gebildete Abgas nicht unkontrolliert entweichen.

Das Brenngut 24 gelangt über den Fülltrichter 7 in die Be­ schickungsvorrichtung 3 und wird von den Pressen 6a, 6b in die Entgasungsrohre 1a gedrückt. Das im Vergaser erzeugte Generatorgas 13 wird mit einem Gebläse abgesaugt, so daß im Vergaserteil 2 ein leichter Unterdruck entsteht und das sich im Entgaserteil 1 bildende Schwelgas in den Vergaser­ teil 2 strömt. An den Innenwandungen der Entgasungsrohre 1a sind Formstücke 20 angebracht, die Kanäle in dem entgasen­ den Brenngut ausbilden. Über diese Kanäle kann das Schwel­ gas in den Vergaserteil 2 entweichen.

Die Formstücke 20 erhöhen gleichzeitig den Widerstand, so daß das Gut mit höherer Preßkraft in die Entgasungsrohre 1a eingedrückt werden muß. Ein hoher Preßdruck ist erforder­ lich, damit das Gut zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit nur wenig Lufteinschlüsse enthält. Außerdem soll ein gasdichter Propfen entstehen, der verhindert, daß Schwelgase in die Beschickungsvorrichtung 3 gelangen. Zur Erhöhung des Preß­ druckes und der Propfenwirkung des Gutes können die Entga­ sungsrohre konisch verlaufen oder Verengungen enthalten.

Auf der Abdeckung 28 zwischen den Entgasungsrohren 1a sind Lanzen 15 angebracht, die in den Vergaserteil 2 ragen. Die Lanzen befinden sich zwischen den aus den Entgasungsrohren 1a austretenden Kokssäulen und werden somit von diesen me­ chanisch nicht beschädigt.

Zu den Lanzen 15 führen über den Zwischenraum 29 verlegte Rohre, in denen Luft, Brenngas/Öl oder Wasser/Dampf gelei­ tet wird. Mittels Ventile wird der Zutritt dieser Medien über die Lanzen 15 in das Glutbett geregelt.

Der Vergaserteil 2 besteht aus einem Rohr, das mit hitzebe­ ständigem Material 18 ausgekleidet ist. Bei liegender Auf­ stellung des Vergasers wird das Glutbett von einer Begren­ zung 21 und einer beweglichen Sperre 22 geführt und gehal­ ten. Damit wird verhindert, daß Glut vorzeitig in das Ascheabführrohr 25 fällt. Geschmolzene Asche fließt über das Ascheabführrohr ab. Die Asche 14 wird von einer Förder­ schnecke 19 in den Aschecontainer befördert. Entgaser- 1 und Vergaserteil 2 sind in einem Kessel 4 eingebaut, so daß Heißwasser 23 erzeugt wird.

Bei der Vergasung wird unterstöchiometrisch Luft (Sauer­ stoff) über die Lanzen in das Glutbett geführt. Dabei ent­ steht ein Generatorgas (Schwachgas), das vorrangig aus CO und H₂ besteht.

Eine Verbrennung findet statt, wenn die zur Verbrennung notwendige Sauerstoffmenge (Luftmenge) zugeführt wird. Der Kessel 4 arbeitet jetzt als Heißwassererzeuger mit Bio­ masse. Am Deckel 16 sind zusätzliche Brenner 5b für den Be­ trieb mit Erdgas oder Erdöl angebracht. Bei Umschaltung auf diese Energieträger werden die Schieber 26 bewegt, so daß für eine andere Gasführung Öffnungen freigegeben oder ver­ schlossen werden.

Bezugszeichenliste

1 Entgaserteil
1a Entgasungskanal, Entgasungsrohr
1b Mantel
2 Vergaserteil
3 Beschickungsvorrichtung
4 Heißwassererzeuger, Kessel
5a Brenner
5b Brenner
6a Presse
6b Presse
7 Fülltrichter
8 Abgas
9 Luft
10 Wasser/Dampf
11 Erdgas
12 Heizöl
13 Generatorgas
14 Asche
15 Lanze zur Zuführung von Luft/O₂, Wasser/Dampf, Erdgas/Heizöl /Generatorgas
16 Deckel
17 Wärmeisolation
18 hitzebeständiges Material
19 Förderschnecke
20 Formstück
21 Begrenzung
22 Sperre
23 Heizwasser
24 Gut
25 Ascheabführrohr
26 Schieber
27 Glutbett
28 Abdeckung
29 Zwischenraum

Claims (10)

1. Verfahren zur Entgasung und Vergasung oder Verbrennung von trockener oder feuchter, feinkörniger oder stückiger Biomasse sowie von Abfall dadurch gekennzeichnet, daß der Entgaserteil (1) aus mehreren Entgasungskanälen (1a) be­ steht, die indirekt auf Entgasungstemperatur aufgeheizt werden und daß das Gut (24) von einer Beschickungsvorrichtung (3) in die Entgasungskanäle (1a) gedrückt wird, wonach es nach der Entgasung als kohlenstoffhaltiger Feststoff in den Ver­ gaserteil (2), der aus einem auf dem Entgaserteil (1) sitzen­ den, innen mit hitzebeständigem Material (18) ausgekleidetem Kanal besteht, eintritt, und hier an den zwischen den Ent­ gasungskanälen (1a) angebrachten, in den Vergaserteil (2) hin­ einragenden Lanzen (15), aus denen gesteuert die Vergasung oder Verbrennung beeinflussende Medien wie z. B. Luft, Sau­ erstoff, Brenngas, Öl, Wasser, Dampf austreten, vorbeiglei­ tet und oxidiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß anstelle von Lanzen (15) in der Abdeckung (28) zwischen den Entgasungskanalaustritten nur Öffnungen enthalten sind, aus denen die Vergasung oder Verbrennung beeinflussende Medien in den Vergaserteil (2) strömen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Entgasungskanäle (1a) elektrisch beheizt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (29) zwischen den Entgasungskanälen (1a) und dem sie umgebenden Mantel (1b) an beiden Enden von einer Abdeckung (28) geschlossen wird und daß in diesem Zwischen­ raum (29) Brenner (5a) untergebracht sind, die die Entgasungs­ kanäle (1a) auf Entgasungstemperatur erhitzen.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Ent­ gasungskanäle (1a) aus Rohren bestehen.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenwand der Entgasungsrohre (1a) Formstücke (20) angebracht sind.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, daß Entga­ serteil (1) und Vergaserteil (2) in einem Heißwassererzeuger (4) untergebracht sind.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 5 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß am Deckel (16) Brenner (5b) angebracht sind und daß durch Verstellen von Schiebern (26) die Gasströme so umgeleitet werden, daß eine Öl- oder Gasfeuerung möglich ist.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 5 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß eine Ver­ brennung stattfindet, indem über die Lanzen (15) die zur Ver­ brennung erforderliche Menge Luft zugeführt wird und durch Verstellen der Schieber (26) das Abgas durch den Kessel (4) strömt.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 5 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Abschalten der Vorrichtung nicht brennbares kleinkörniges Material in die Beschickungsvorrichtung (3) gegeben wird, so daß das Brenngut weitergeschoben wird und restlos vergasen oder verbrennen kann.