DE19536920A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Entstauben des Reaktionsgases eines Vergasungsreaktors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ent­ stauben des Reaktionsgases eines mit festem, körnigem und/oder zerfasertem Brennmaterial betriebenen Vergasungsreaktors

Ein solcher Reaktor zum thermischen Vergasen von festem Brennstoff ist beispielsweise in der DE 44 17 082 C1 offenbart. Der Ver­ gasungsreaktor kann mit einem Motor bzw. Generator zusammen wir­ ken. Das gebildete Reaktionsgas dient zum Betreiben des Motors, bei dem es sich vorzugsweise um einen Dieselmotor handelt, der mit Dieselkraftstoff gestartet und wenn die Betriebstemperatur er­ reicht ist später mit dem Reaktionsgas befeuert wird. Um Schäden in dem Motor zu vermeiden, muß das Reaktionsgas zuvor gereinigt, insbesondere aber entstaubt werden. Um einen optimalen Füllungs­ grad des Motors zu erreichen, muß das aus dem Vergasungsreaktor austretende Gas abgekühlt werden, möglichst auf eine Temperatur von etwa 20°C.

Es sind unterschiedliche Techniken zum Entstauben von Gasen be­ kannt. Bei der Filterentstaubung gelangt der staubhaltige Gasstrom in Sack- oder Schlauchfilter, bei denen das Filtergewebe vom Gas durchströmt wird. Aufgrund der großen Maschenweite des Filtergewe­ bes kann dieses nicht als Sieb dienen. Die Abscheidung erfolgt vielmehr aufgrund von Massenträgheitskräften. Umströmt eine staub­ beladener Gasstrom einen Kreiszylinder, können die Staubteilchen infolge ihrer Trägheit die Umlenkung nicht mitmachen. Sie prallen auf die angeströmte Zylinderfläche und bleiben daran haften. Im Filter entsprechen die feinen Filterfäden einem Kreiszylinder.

Eine weiter Möglichkeit der Trockenentstaubung bietet ein so­ genannter Zyklonabscheider. Im Zyklonabscheider entsteht eine Ro­ tationsströmung. Die Festteilchen wandern unter dem Einfluß der auf sie einwirkenden Zentrifugalkräfte nach außen an die Wand und gelangen infolge der Schwerkraft und einer Sekundärströmung nach unten in einem Staubsammelbehälter, aus dem der Staub ausgetragen wird.

Für Heißgase ist die Filterentstaubung nicht oder nur mit recht hohem technischen Aufwand realisierbar, da das Filtermaterial ent­ sprechend Temperatur beständig sein muß. Das in dem Vergasungsre­ aktor erzeugte Reaktionsgas tritt aus dem Reaktor etwa mit einer Temperatur von 400°C aus. Die Anforderung an das Filtermaterial ist entsprechend hoch.

Der Wirkungsgrad eines Zyklonabscheiders ist umso größer, je kleiner die Gasbelastung und umso größer der Druckverlust ist. Ein mit Festbrennstoffen betriebener Reaktor erzeugt eine hohe Menge an Staubpartikeln im Reaktionsgas, so daß ein Zyklonabscheider in der Regel nicht wirtschaftlich betrieben werden kann.

Man ist deshalb dazu übergegangen, das Reaktionsgas naß zu ent­ stauben. Die Naßentstaubung hat aber den Nachteil, daß hierbei kontaminiertes Wasser anfällt, das entsprechend aufwendig entsorgt werden muß.

Heutige Motoren und ökologische Gesichtspunkte erfordern zum Be­ trieb ein Schwachgas, das nicht nur weitestgehend staub- sondern auch teerfrei ist. Auch wenn es vielfach behauptet wird, ist auch das in einem Gleichstromvergaser erzeugte Reaktionsgas nicht voll­ ständig teerfrei. Bei der Abkühlung des Reaktionsgases muß deshalb darauf geachtet werden, daß der Taupunkt nicht unterschritten wird.

Von dieser Problemstellung ausgehend soll das Entstaubungsverfah­ ren verändert und eine Vorrichtung zur Ausführung des verbesserten Verfahrens angegeben werden, die auch zur Kühlung des Reaktions­ gases einsetzbar ist.

Zur Problemlösung wird ein Verfahren zum Entstauben des Reaktions­ gases eines mit körnigem und/oder zerfaserten Brennmaterial be­ triebenen Vergasungsreaktors mittels eines Zyklons vorgeschlagen, in den das Reaktionsgas zunächst eingeleitet wird und das aus dem Zyklon austretende Reaktionsgas durch frisches noch zu vergasendes und in einem Vorratssilo befindliches Brennmaterial geleitet wird, das dem Vorratssilo kontinuierlich zugeführt und aus diesem kon­ tinuierlich ab- und direkt dem Vergasungsreaktor zugeführt wird.

Durch diese Maßnahme wird die Strömungsgeschwindigkeit des Reak­ tionsgases im Zyklon zunächst reduziert und ein Großteil der Staubpartikel abgeschieden, indem sie dem Gesetz der Gravitation folgend auf den Boden des Zyklons fallen und von dort über ein in den Vorratssilo führendes Rohr auf das dem Vergasungsreaktor zuzu­ führendes Brennmaterial geleitet werden können. Aus dem Zyklon heraus wird das Reaktionsgas vorzugsweise über ein Rohrsystem mit mehreren Windungen nach unten in den Vorratssilo geleitet, wobei es dann durch das Brennmaterial wieder nach oben strömt, das spä­ ter im Reaktor vergast werden soll, so daß nicht nur weiterer Staub sondern auch Teer dem Reaktionsgas entzogen und das Reaktionsgas gekühlt wird. Vorteilhaft dabei ist, daß eine Entsor­ gung des Staubes nicht notwendig ist, da dieser zusammen mit dem Brennmaterial anschließend dem Vergasungsreaktor zugeführt werden kann und nach der Vergasung zusammen mit der Asche aus der Ver­ gasungskammer des Reaktors entfernt wird.

Als Brennmaterial werden vorzugsweise Pellets aus Holz, beim Rö­ sten anfallende Kaffee-Spälten, Papier oder Klärschlamm verwendet. Durch die große Oberfläche und wegen der adsorbtiven Wirkung die­ ser trockenen Pellets wird dem Reaktionsgas Teer entzogen. Gleich­ zeitig wird das Gas gekühlt. Bei diesem Vorgang wird das Brennma­ terial gleichzeitig erwärmt und nachgetrocknet, was für die Ver­ gasung förderlich ist. Wegen der mehrfachen Änderung der Strömungsrichtung um die Pellets herum, wird die Strömungsge­ schwindigkeit so weit reduziert, daß die Staubpartikel nicht mehr mitgerissen werden können und sich an der Oberfläche des Brennma­ terials absetzen.

Wenn die Strömungsgeschwindigkeit des das Brennmaterial durchströ­ menden Reaktionsgas soweit reduziert wird, daß die Durchströmzeit ausreicht, das Brennmaterial soweit zu erwärmen, daß bezüglich des späteren Vergasungsvorganges eine Vorreaktion stattfindet, hat der Vergasungsreaktor eine wesentlich höhere Leistung. Praktische Ver­ suche haben gezeigt, daß eine Leistungssteigerung von 20% möglich ist. Gleichzeitig kühlt sich das Reaktionsgas ab, so daß es dem dem Vorratssilo nachgeschalteten Rotationsfilter mit einer wesent­ lich geringeren Temperatur zugeführt wird. Die Abkühlung des Reak­ tionsgases erfolgt wirksam, ohne daß dabei eine Kondensation ein­ tritt. Durch die Erwärmung des Brennmaterials wird sich eine par­ tielle Trocknung einstellen. Bekanntlich erfolgt eine Trocknung bei 100°C. Aufgrund der erforderlichen Temperaturdifferenz kann ein zu erwärmendes Material mit einer Temperatur von 100°C ein Gas nicht unter diese Temperatur abkühlen, so daß eine Tau­ punktsunterschreitung des Reaktionsgases nicht möglich ist. Es ergibt sich also ein Temperatur- und Wasserdampfgleichgewicht.

Der Zyklon ist vorzugsweise im Vorratsbehälter integriert und ins­ besondere vorteilhaft von frischem Brennmaterial umgeben, so daß die Filter- und Erwärmwirkung optimiert ist.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des verbesserten Verfahrens zeichnet sich aus durch einen mit dem Vergasungsreaktor verbunde­ nen Zyklon, der in einen Vorratssilo mündet, der einen Einfüll­ stutzen zum Einfüllen von für den Vergasungsreaktor bestimmtes Brennmaterial, einen Auslaß für das Brennmaterial und eine mit Brennmaterial gefüllte Kammer bildet und die Kammer mit dem Aus­ strömrohr des Zyklons in Verbindung steht.

Vorzugsweise mündet das Ausströmrohr in ein mit Löchern versehe­ nes, hierzu quer verlaufendes Rohr, über das das Reaktionsgas in die Kammer des Vorratssilos strömt.

Weiterhin vorzugsweise ist unterhalb des Auslasses eine in den Vergasungsraum mündende Fördereinrichtung angeordnet. Die stetige Zuführung des den Staub gebundenen Brennmaterials in den Reaktor wird dadurch vereinfacht.

Vorteilhaft ist es, wenn diese das Brennmaterial aus dem Vorrats­ silo heraus fördernde Fördereinrichtung synchron mit einer in den Vorratssilo hineinreichenden Fördereinrichtung läuft, so daß die in den Vorratssilo geförderte Brennmaterialmenge der hieraus abge­ förderten entspricht, so daß die kontinuierliche Umwälzung des Brennmaterials im Vorratssilo sichergestellt ist.

Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn der Zyklon im Vorratssilo angeordnet ist. Der im Zyklon abgeschiedene Staub kann dann ein­ fach über ein im Boden des Zyklons angeordnetes Rohr auf das Brennmaterial geleitet werden und mit diesem unmittelbar dem Ver­ gasungsreaktor zugeführt werden. Zur Erhöhung des Wirkungsgrades ist der Zyklon in der Kammer des Vorratssilos im wesentlichen mit Brennmaterial umgeben.

Mit Hilfe einer Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung nachfolgend näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 die vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Seitendarstellung im Teilschnitt,

Fig. 2 die Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig. 1.

Der Vergasungsreaktor 1 ist auf einem Maschinengestell 40 be­ festigt und über eine Leitung 11 direkt mit dem Zyklon 2 verbun­ den, der in einem Vorratssilo 20 angeordnet ist, der ebenfalls auf dem Maschinengestell 40 befestigt ist. Eine weitere Verbindung zwischen Vergasungsreaktor 1 und Vorratssilo 20 besteht über die Förderschnecke 8.

Der Reaktorkessel 10 weist einen hier nicht näher bezeichneten Boden auf, in dem eine ebenfalls nicht näher bezeichnete, als Hohlzylinder ausgebildete Welle einer Förderschnecke 12 gelagert ist. Die Förderschnecke 12 vergrößert ihren Durchmesser nach oben entsprechend einer trichterförmigen Erweiterung der vom Boden aus­ gehenden Wände. Oberhalb der Förderschnecke 12 befindet sich der Vergasungsraum 11, der mit Brennmaterial gefüllt ist. Oberhalb des Vergasungsraumes 11 befindet sich eine Nachverbrennungskammer 13, in die die Leitung 14 mündet.

Der kesselförmige Zyklon 2 erweitert sich nach oben. An seinem Boden ist der Zyklon 2 mit einem schräg nach unten verlaufenden Rohr 26 versehen, das kurz vor dem Boden des Vorratssilos 20 en­ det. Oben geht der Zyklon 2 in ein Rohr 22 über, das bis an den oberen Bereich des Vorratssilos 20 herangeführt ist und von dort nach unten verlaufend in Richtung des Bodens abknickt. Das untere Ende des Rohrs 22 mündet in ein quer hierzu verlaufendes Rohr 24, das eine Vielzahl von Löchern 25 aufweist. Um den Zyklon 2 sowie die Rohre 22,24 und 26 herum ist eine Kammer 23 im Vorratssilo 20 ausgebildet, die mit Brennmaterial gefüllt ist. Am Boden ist der Vorratssilo 20 mit einem Auslaß 27 versehen, unterhalb dessen eine Förderschnecke 8 angeordnet ist, die in den Vergasungsraum 11 des Vergasungsreaktors 1 mündet. In seinem oberen Bereich weist der Vorratssilo 20 einen Einlaß 21 auf, durch den über eine Förderein­ richtung 32 das aus einem weiteren Vorratssilo 30 stammende Brennmaterial eingefüllt werden kann. Über ein Leitungssystem 28 steht der Vorratssilo 20 mit einem Rotationsfilter 3, einem Saug­ gebläse 50 und dem Motor/Generator 4 in Verbindung. Zwischen Motor 4 und Kamin 6 ist ein Biofilter 5 angeordnet.

Die Zufuhr des Brennmaterials in den Vergasungsreaktor 1 erfolgt über den Vorratssilo 20 bzw. der unterhalb des Vorratssilos 20 an­ geordneten Förderschnecke 8. Aus dem Vorratssilo 30, der einen Brennstoffvorrat für beispielsweise mehrere Tage enthalten kann, wird über eine Zellradschleuse 31 das Brennmaterial auf das För­ derband 32 gegeben, mittels dessen es in den Vorratssilo 20 geför­ dert wird, wo es in Richtung des Auslasses 27 rutschen kann.

Das im Vergasungsreaktor 1 erzeugte Reaktionsgas strömt aus der Nachverbrennungskammer 13 in den Zyklon 2, in dem es zur Reduktion der Strömungsgeschwindigkeit in bekannter Weise verwirbelt wird. Dabei fallen ein Großteil der im Reaktionsgas enthaltenden Staub­ partikel aufgrund der Gravitationskraft nach unten, wo sie über das Rohr 26 auf das Brennmaterial treffen, das oberhalb des Aus­ lasses 27 liegt und demnächst dem Vergasungsreaktor 1 zugeführt wird, so daß unmittelbar die Staubabfuhr bevorsteht. Das von unten in den Zyklon eingeleitete Reaktionsgas strömt nach oben durch das Rohr 22, von dem es an seinem oberen Punkt nach unten umgeleitet wird. Über das quer zum Rohr 22 verlaufende, mit Löchern 25 ver­ sehene Rohr 24 strömt das Reaktionsgas anschließend in die Kammer 23 des Vorratssilos 20 ein und durchströmt dann das in der Kammer 23 befindliche Brennmaterial, das granulat- oder pillenförmig (Brikett) bzw. faserig vorliegt und beispielsweise aus Klär­ schlamm, Holz, Papier oder Kaffeespälten in Pelletform besteht. Bei der Durchströmung des Brennmaterials wird die Strömungsge­ schwindigkeit des Reaktionsgases weiter reduziert und in dem Reak­ tionsgas enthaltene Staubpartikel lagern sich an dem körnigen Brennmaterial an. Anschließend wird das nun schon gut vorgereinig­ te Reaktionsgas über den Rotationsfilter 3, der über ein im oberen Bereich des Vorratssilos 20 angeschlossenes Leitungssystem 28 von nahezu beliebiger Länge mit der Kammer 23 des Vorratssilos 20 ver­ bunden ist, weiter gereinigt. Bei der Durchströmung erwärmt das Reaktionsgas gleichzeitig das Brennmaterial im Vorratssilo 20 und kühlt sich dabei ab. Über den Auslaß 27 und die Förderschnecke 8 gelangt das vorgewärmte mit Staub, Feuchtigkeit und ggf. Teer be­ lastete Brennmaterial in die Reaktionskammer 11 des Verga­ sungsreaktors 1, in dem dann die Vergasung stattfindet. Durch die Erwärmung des Brennmaterials im Vorratssilo 20 findet bereits eine Vorreaktion statt, wodurch der Wirkungsgrad des Vergasungsreaktors 1 steigt. Über die Förderschnecke 9 wird die Asche zusammen mit dem Staub aus dem Vergasungsraum 11 in den Aschecontainer 7 geför­ dert.

Die Anlage ist mit einer Starterhitzung versehen, die bereits beim Prozeßstart die notwendigen Temperaturen liefert und isoliert, um eine Unterschreitung des Taupunkts zu vermeiden.

Bei Großanlagen kann es sinnvoll sein, den Zyklon außerhalb des Vorratssilos 20 anzuordnen und beispielsweise direkt mit dem Ver­ gasungsreaktor 1 zu verbinden. Der Verfahrensablauf entspricht jedoch auch bei einem solchen Ausführungsbeispiel dem zuvor Be­ schriebenen. Der im Zyklon 2 dann ausgeschiedene Staub kann bei­ spielsweise direkt auf die Förderschnecke 9 oder Förderschnecke 8 abgeleitet werden. Die Ausbildung des Rohrverlauf innerhalb der Kammer 23 des Vorratssilos 20 ist hierbei unverändert.

Bezugszeichenliste

1 Vergasungsreaktor
2 Zyklon
3 Rotationsfilter
4 Motor/Generator
5 Biofilter
6 Kamin
7 Aschecontainer
8 Förderschnecke
9 Förderschnecke
10 Reaktorkessel
11 Vergasungsraum
12 Förderschnecke
13 Nachverbrennungskammer
14 Leitung
20 Vorratssilo
21 Einlaß
22 Rohr
23 Kammer
24 Rohr
25 Löcher
26 Rohr
27 Auslaß
28 Leitungssystem
30 Vorratssilo
31 Zellradschleuse
32 Förderband
40 Maschinengestell
50 Sauggebläse

Claims (11)

1. Verfahren zum Entstauben des Reaktionsgases eines mit festem, körnigem und/oder zerfasertem Brennmaterial betriebenen Ver­ gasungsreaktors (1) mittels eines Zyklons (2), in den das Reaktionsgas zunächst eingeleitet wird, und das aus dem Zy­ klon (2) austretende Gas durch frisches, noch zu vergasendes und in einem Vorratssilo (20) befindliches Brennmaterial ge­ leitet wird, das dem Vorratssilo (20) kontinuierlich zuge­ führt und aus diesem kontinuierlich ab- und direkt dem Ver­ gasungsreaktor (1) zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Reaktionsgas entfernte Staub zusammen mit dem Brenn­ material dem Vergasungsreaktor (1) zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit des das Brennmaterial durchströmende Reaktionsgases so weit reduziert wird, daß die Durchströmzeit ausreicht, das Brennmaterial soweit zu erwärmen, daß bezüg­ lich es späteren Vergasungsvorgangs eine Vorreaktion statt­ findet.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklon (2) von frischem Brennmaterial umgeben ist.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entsorgung des Staubes aus dem Vergasungsreaktor (1) zusammen mit der Asche erfolgt.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen mit dem Verga­ sungsreaktor (1) verbundenen Zyklon (2), der in einen Vor­ ratssilo (20) mündet, der einen Einfüllstutzen (21) zum Ein­ füllen von für den Vergasungsreaktor (1) bestimmtem Brennma­ terial, einen Auslaß (27) für das Brennmaterial und eine mit dem Brennmaterial gefüllte Kammer (23) bildet, und die Kammer (23) mit dem Ausströmrohr (22) des Zyklons (2) in Verbindung steht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausströmrohr (22) in ein mit Löchern (25) versehenen, hierzu quer verlaufendes Rohr (24) mündet, über das das Reaktionsgas in die Kammer (23) strömt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß un­ terhalb des Auslasses (27) eine in den Vergasungsraum (11) mündende Fördereinrichtung (8) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung (8) synchron mit einer in den Vorratssilo (20) reichenden Fördereinrichtung (32) läuft, so daß die in den Vorratssilo (20) geförderte Brennmaterialmenge der hier­ aus abgeförderten entspricht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklon (2) im Vorratssilo (20) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklon (2) im wesentlichen mit Brennmaterial umgeben ist.