DE3020103A1 - Verfahren zum regelbaren autothermen vergasen fester brennstoffe mit atmosphaerischer luft - Google Patents

Description

Das neue Verfahren der Erfindung nach den Ansprüchen 1) bis 15)

steht, wie alle Ent- und Vergasungsverfahren fester Brennstoffe,

vor der Aufgabe, diese mit dem erforderlichen Vergasungsmittel sowie

mit der notwendigen Reaktionswärme bei ausreichend hohen Arbeitstem-

peraturen und genügender Reaktionszeit zu versorgen.

Diese Bedingungen ergeben sich beispielsweise aus nachstehenden

Reaktionsgleichungen:

C + CO[tief]2 -------- CO - 160,7 kJ/mol, (1)

C + H[tief2O --------- CO + H[tief]2 - 118,5 kJ/mol. (2)

Die konventionelle Vergasungstechnik sucht diesen Forderungen auf

sehr unterschiedliche Weise zu entsprechen. 1)

Ein sogenannter - auch mit atmosphärischer Luft zu betreibender -

KDV-Festbettvergaser benutzt beispielsweise die in Fig. 1 b (rechte Halbseite)

im Schnitt angedeutete Anordnung (1) S. 136-173).

"Stückige, schwachbackende Steinkohle mit geringem Unterkornanteil

und möglichst gleichmäßigem Ballastgehalt (unter 40 %)

- sogenannter "spezifikationsgerechter" Einsatzstoff 1´

wird über einen Vorbunker 2´ und eine Schleuse 32´ in ein

- in diesem Falle als Druckbehälter ausgestattetes - Reaktionsgefäß 6´

eingebracht. Bei 3´ können Zusatzstoffe eingeführt werden.

Bei 4´ ablaufendes Kühlwasser des metallischen Mantels 6´ dient

mit als Vergasungsmittel. Ein drehbarer Verteiler 5´ sorgt für

gleichmäßige Rundumverteilung und ausreichende Füllhöhe des Einsatz-

stoffes 1´.

Dieser wird bei der Abwärtsbewegung über dem Drehrost 7´ im Bereich 6I´

bei bis etwa 800 °C getrocknet und entgast, im Bereich 6II´ bei bis

etwa 1000 °C vergast.

Die notwendige Vergasungswärme wird hauptsächlich im untersten

Bereich 6III´ durch Verbrennen des Restkokses erzeugt. Etwa

10 % Zusatzwärme werden von außen zugeführt, in Vergasungsluft,

Wasserdampf und aus dem Prozeß-Umlauf.

Die Vergasungsmittel: atmosphärische Luft und Wasserdampf werden

bei 8´ durch den Drehrost 7´ hindurch eingetragen. Sie sollen

die Kohle-Schüttung im Gegenstrom, möglichst gleichmäßig verteilt

durchfließen.

Die Asche wird bis auf etwa 5 % Restkohlenstoff ausgebrannt. Sie

wird durch den Drehrost 7´ in den Sammler 9´ und aus diesem über

eine Schleuse 10´ ausgetragen.

Das erzeugte Rohgas verläßt das Reaktionsgefäß bei 12´. Es hat die

in Tafel 1 in den Spalten I und II angegebene Zusammensetzung (1) S. 142).

Die erwarteten Werte der Spalte I sind (Spalte II) nach Betriebsangaben

hauptsächlich aus folgenden Gründen schwer zu erreichen:

Erzeugen und Verteilen der Vergasungswärme sind - vor allem bei

Lastwechsel - schwer zu beherrschen,

Vergasungszeit und Reaktionskontakt sind - besonders bei Feinkorn-

Anteil - von unsicheren Strömungsverhältnissen abhängig.

Deshalb verlangt das konventionelle Verfahren eine sogenannte "verfahrens-

bzw. spezifikationsgerechte" Kohle.

Der technische Fortschritt muß demgegenüber im Gegenteil fordern:

Jedweder Kohle das kohlegerechte Verfahren!

Dieser Aufgabe stellt sich die vorliegende Erfindung. Die Tafel 1

deutet Ausgangswerte und Ergebnisse des nachfolgend beschriebenen

Verfahrens nach der Erfindung an.

Es bedient sich des neuesten Standes einschlägiger Verfahrenstechnik 2).

Sie ist in Fig. 1a (linke Halbseite) angedeutet:

Ein regelbar Wärme und Flammendruck erzeugender Hochtemperatur-Impulsbrenner

14 bläst seine Flammengase 19 nach unten in eine Schmelzkammer 13.

Die zu vergasende Kohle 1 bildet deren Umhüllung. Sie wird über einen

Vorbunker 2 und eine Schleuse 32 unter Abschluß gegen die Atmosphäre

eingetragen. Bei 3 können feste, flüssige oder gasförmige Zuschläge

beigegeben werden. Verdampfte Feuchtigkeit kann abgeführt werden.

Die Kohle böscht sich frei nachrutschend auf einer beispielsweise bei 7

oszillierend drehbar angetriebenen Unterschale 5 ab und bildet so im

Gesamtgefäß 4 die innere Schmelzkammer 13 zwischen keramischem Deckel 15

und Ofenboden 16 mit zentralem Auslaufloch 10.

Unter dem Einfluß der hohen Flammentemperatur T[tief]Fl kommt der unvergasbare

Anteil (k[tief]a) der Kohle auf Fließtemperatur T[tief]S und mit dieser zum Aus-

laufen als Schmelze 11 durch das Auslaufloch 10.

Je nach der erfindungsgemäßen Betriebsführung geben die Flammengase 19

A (Retortenverfahren) nur anströmend Wärme an die Kohlewand 6 im

Temperaturbereich T[tief]Fl - T[tief]S ab, sie verlassen die Schmelzkammer 13

zusammen mit der Schmelze 11 als Abgas 28 mit etwa gleicher Temperatur T[tief]S.

Beim B-Umlaufsystem werden die Flammengase 19 z.B. durch ein Saugzuggebläse

23 veranlaßt, mit einem Anteil a durch die Kohleumkleidung 6 hindurch aus

der Schmelzkammer 13 abzufließen, entsprechend nur mit dem Anteil (1-a)

als Abgas 28 durch das Auslaufloch 10.

In beiden Fällen geben die Abgase 28 einen Teil ihrer Wärme betriebs-

notwendig zum Vorwärmen der Brennerluft 8 in einem Luftvorwärmer 27

und in einem "Abhitzekessel" 26 zum Erzeugen von Vergasungsdampf W[tief]K ab.

Dieser Dampf wird über ein Gebläse 30 zu einem regelbaren Anteil W[tief]2K

durch einen Rundschlitz 21 zwischen Ofenboden 16 und Unterschale 5 bei

20 in die zu vergasende glühende Koksschicht 6III eingedrückt.

Im Falle B (Umlaufsystem) erhält der Brenner 14 einen Anteil W1.

Das in der Kohle-Auskleidung der Schmelzkammer 13 entstehende Reaktions-

Rohgas 12 wird z.B. durch Saugzuggebläse 23 aus dem Gefäß 4 abgezogen und

durch Reiniger S[tief]1 und S[tief]2 gedrückt. Die nach konventionellen Methoden

durchführbare Entfernung unerwünschter Beimengungen ist im Falle der

Erfindung besonders wirkungsvoll und wirtschaftlich. Die - wie die nachfolgenden Rechnungen erweisen - niedrige Austrittstemperatur T[tief]A

der Rohgase 12 erlaubt unmittelbaren Einsatz sogenannter Kaltreinigungs-

Verfahren. Die aus dem Brennstoff stammenden Schadstoffe werden unmittel-

bar am Entstehungsort erfaßt, bevor sie sich auf größere Gasvolumina

verteilen. Reinigung, Entstaubung und Entwässerung lassen sich zusammen-

fassen.

Das Reingas 17 wird im Sammler S[tief]3 gespeichert. Aus diesem

entnimmt der Brenner 14 über ein Gebläse 22 den von der Erfindung

vorgeschriebenen b-Anteil 18 zum Decken des autothermen Wärmebedarfes des

Verfahrens beziehungsweise des im Einzelfall angestrebten Ziels.

Es kann darin bestehen, einen möglichst großen Anteil (1-b) des Reingases

17 in Gasform zu gewinnen und aus dem Sammler S[tief]3 als Nutzgas 24

abzugeben, beispielsweise über ein Gebläse 33 auf den Druck eines Ferngas-

Netzes erhöht.

Es kann aber betriebswirtschaftlich von Vorteil sein, nur eine

kleine (1-b) Gasreserve 24 zur Verfügung zu halten und einen höheren

Ausstoß an freier Wärme durch Verbrennen eines größeren Anteils b Reingas 18

zu erzielen. Das Verfahren nach der Erfindung gibt diese in Tafel 1

angedeutete Möglichkeit. Zu diesem Vorzug der Vielseitigkeit kommt

die für einen "Flammenbetrieb" charakteristische kurze Anlauf- und Abstell-

Zeit, die bauliche Unabhängigkeit von keramischer - durch den Brennstoff

ersetzter - Kammerauskleidung.

Der Reaktionsmechanismus des Verfahrens nach der Erfindung

ist in Fig. 9 am Beispiel der A-Retorten-Variante erläutert. Die Flammen-

gase 19 bringen, nur anspülend, aus der Innenfläche 6 der Kohlewand

das Unvergasbare k[tief]a zum Ablaufen als Schmelze 11. Die mit 6III bezeichnete

innerste, aus glühendem Koks bestehende Schicht der Kammerwand vergast

infolge der extrem hohen Beheizung und der Anwesenheit des Vergasungsmittels

W[tief]2 sehr intensiv und schnell zu dem mit k[tief]c bezeichneten, im Gegenstrom

zum Kohlezufluß 1 abziehenden Reaktionsgas CO plus H[tief]2. Diese Reaktion

ist nach den Gleichungen (1) und (2) mit hohem Wärmeverbrauch verbunden.

Das bedeutet (vergl. Temperaturdiagramm Fig. 1[tief]c): steilem Temperaturanstieg

aus der Flamme steht unmittelbar schroffer Temperaturabfall, in schmaler

Schicht, gegenüber. Die beheizenden bestrahlenden und berührenden

Flammengase 19 werden spontan aus der Temperaturspitze T[tief]Fl herausgerissen,

ebenso der glühende Koks. Bei der Flamme bedeutet das schlagartiges Absinken

aus der bedrohlichen Zone der Stickoxid-Bildung. Es begründet die praktische

Erfahrung auffallend niedriger Anteile nitroser Gase in derartigen

Schmelzkammern mit stark wärmeverbrauchender, also kühlender Auskleidung.

Es läßt hohe Flammentemperaturen zu.

In der Kohle-Schichtung bedeutet eine schmale Vergasungsschicht 6 III

einen kurzen Abstand der Entgasungsschicht 6 II von der abschmelzenden

Kammerwand mit dem Ergebnis, daß auch in ihr die Entgasungsvorgänge

mehr oder weniger spontan unter Hochtemperatureinfluß ablaufen, hoch-

molekulare Verbindungen, Teere werden zersetzt. Die k[tief]f Gase der Fig. 9

verbinden sich praktisch ohne Rückstände mit den k[tief]c-Reaktionsgasen.

Das intensive Reaktionsgeschehen in dünner Schichtung - sie kann

zeichnerisch nicht in realen Maßstäben dargestellt werden - erstreckt

sich auch auf die Zone 6I der Entbindung der k[tief]w-Feuchtigkeit. Auch sie

verdampft in gegenüber der gesamten Dicke der Kohleschüttung schmaler

Trockungsschicht.

Insgesamt bedeutet dies für das Verfahren nach der

Erfindung einen sehr wirksamen "autothermen" Wärmeschutz des internen

Hochtemperaturverfahrens gegen Wärmeverluste nach außen, niedrige

vom Reaktionsverlauf abhängige Austrittstemperaturen T[tief]A der Rohgase 12

und niedrige, damit gekoppelte Wärmeverluste: um so niedriger, je höher

die internen Anfangstemperaturen der Reaktionen sind.

Die verfahrenstechnische Bedeutung der schmalen Reaktionszonen

gegenüber der unbeherrschbaren Ausweitung in konventionellen Festbett-

Verfahren liegt darin, daß der Zustrom des "grünen" Reaktionsgutes

weitestgehend unbeeinflußt bleibt von die Strömungsverhältnisse störenden

Eigenschaften wie beispielsweise Backvermögen. Sie kommen so schnell

in den Bereich der alles beherrschenden Hochtemperatur-Beheizung und

deren geschilderter Reaktionsauswirkung, daß sie sich ihrem Einfluß mit

unterwerfen müssen. Insgesamt bedeutet das:

Die Hochtemperatur-Vergasung nach der Erfindung verläuft sehr schnell

und sehr präzise nach optimalen Bedingungen für die Gleichungen (1) und (2)

in räumlich präzisierten und präzisier-, d.h. beherrschbaren Bereichen

der Apparatur.

Diese an Fig. 9 für die A-Retorten-Variante der Erfindung geschilderten

Vorgänge werden verstärkt bei dem in Fig. 1a besonders hervorgehobenen

B-Durchfluß-System. Hier bringen die a-Anteile der Flammengase 19 un-

mittelbar und dosiert mehr Reaktionswärme und Vergasungsmittel W1 in

und durch die sich ihnen entgegen stellenden großen Oberflächen der

Brennstoff-Auskleidung. Gegenüber fast allen konventionellen Vergasungs-

Verfahren, Wirbelschicht-, Flugstaub- auch Festbett-Anordnungen nach Fig. 1 bleibt beim Verfahren nach der Erfindung die Vergasungszeit

unabhängig von Transport-Zwängen. Dort schreiben sie die Zeitdauer

des Reaktionskontaktes zwischen den Partnern vor mit dem Ergebnis,

daß in der Asche immer noch unvergaste Kohlenstoffreste nicht

zu Ende gekommener Reaktionen verbleiben -

hier ist die Bewegung des Brennstoffes an der Vergasungsstelle praktisch

zur Ruhe gekommen. Er kann sie nicht anders als im Gaszustande verlassen.

Als Gas trennt er sich von der kohlenstoffreien Schmelze 11.

Die Erfindung entspricht dabei auch einer wichtigen Voraussetzung

für den schnellen Fortgang derartiger Reaktionen: schnelles Entfernen

der Produkte vom Reaktionsort und damit ständig erneuerter Kontakt

zwischen den Partnern. Bei konventionellen Verfahren bleibt die auch

das kleinste Brennstoffteilchen primär umgebende, den Fortschritt hemmende

Umhüllung durch das Produktgas, mehr oder weniger ungestört.

Bei der Anordnung nach der Erfindung spült das durchtretende Reaktions-

mittel Flammengas unmittelbar - aus schmaler Reaktionsschicht 6 III -

das entstehende Reaktionsgas kc ab und hält dadurch ständigen Kontakt

der Reaktionspartner und
<NichtLesbar>
unveränderte Reaktionsbedingungen

aufrecht. Das ist in Verbindung mit der unabhängig hoch bleibenden

Zufuhr von Wärme und Vergasungsmittel ein Grund für die spezifisch hohe

Vergasungsleistung des Verfahrens nach der Erfindung.

Der rechnerische Nachweis der in Tafel 1 verzeichneten Ergebnisse

geht von folgenden allgemeinen Voraussetzungen aus:

Der Begriff "kohlegerecht" beruht auf der analytischen Zusammensetzung

des nachfolgend allgemein als "Kohle" bezeichneten Brenn- bzw. Vergasungs-

Stoffes, unabhängig ob es sich um verschiedenartigste Kohle, um Kohlenstoff

enthaltende Abfälle, beispielsweise um Müll handelt.

Kennzeichen ist:

der Gehalt an Kohlenstoff k[tief]c in kg je kg

an Flüchtigen Teilen k[tief]f Kohle

an Feuchtigkeit k[tief]w

an Unvergasbarem (Asche) k[tief]a.

Das schmelzflüssige Abscheiden der Asche erfordert bei extrem hohen

Fließpunkten (bis zu 1500 °C) einen rechnungsmäßig nicht genutzten

Wärmeaufwand bis zu Q[tief]S = 1 790 kJ/kg. (3)

Verdampfungswärme des Wassers, z.B. des k[tief]w Anteiles: 2 260 kJ/kg. (4).

Das Entgasen bzw. Entfernen der Flüchtigen Bestandteile k[tief]f erfolgt im

allgemeinen exotherm, je nach Entstehung der Kohle mit unterschiedlichem

Wärmeüberschuß. Er liegt im allgemeinen unter 5 % des Kohleheizwertes

und wird nicht in Rechnung gestellt.

Die in geringen Grenzen schwankende analytische Zusammensetzung

der Flüchtigen Bestandteile erfordert und erlaubt, einen Durchschnittswert

anzusetzen:

Die Gewichtseinheit k[tief]f setze sich volumetrisch zusammen aus

m³/kg: 0,472 CO + 0,378 H[tief]2 + 0,524 CH[tief]4, (5)

zugehörige Heizwerte kJ/m³: 12 636 + 10 753 + 35 774 (6)

entsprechend (5) je kg k[tief]f in kJ 28 773 (7)

Stöchiometrischer Bedarf an Verbrennungsluft:

je Gasvolumen nach (5) m³/m³: 2,38 2,38 9,52. (8)

Die nachfolgenden Beispiele betreffen die in Tafel 1 angegebenen

drei unterschiedlichen Kohlen: Saarkohle C[tief]1 normal

Ballastkohle C[tief]2 hoher Aschegehalt

Ballastkohle C[tief]3 hoher k[tief]a und k[tief]w Gehalt,

und zwar: III: A-C[tief]1 Kohle C[tief]1 nach Retorten-Verfahren

IV: B[tief]1-C[tief]1 Kohle C[tief]1 - Umlaufverfahren für Nutzgas

V: B[tief]2-C[tief]2

Ballastkohlen für Nutzgas plus Nutzwärme.

VI: B[tief]2-C[tief]3

Die Ergebnisse der Rechnungen sind in den Stoffdiagrammen der Figuren 2[tief]a,

3, 5 und 6 und in den Wärmediagrammen 2b, 4, 6 und 8 veranschaulicht.

Die Rechenmethode Beispiel III ist im Text ausführlich behandelt.

Für die Beispiele B bzw. VI, V und VI ist in Tafel 2 ein allgemein

brauchbares Normblatt entwickelt. Es ist in den Tafeln 3, 4 und 5

je für die Beispiel-Kohle zahlenmäßig ausgewertet, als Muster für

beliebige analoge Anwendung.

Die den Text-Zeilen vorgesetzten Positions-Zahlen haben in allen vier

Fällen die gleiche Bedeutung, z.B.: 1) Vergasen; 3) Entgasen.

Beispiel III

Fortsetzung

11) Stöchiometrischer Luftbedarf der Verbrennung

nach Gl.(8) m³ 2,857 + 2,790 + 1,142 = 6,789 m³

Im vorliegenden Fall erhöht auf 110 % 7,468 m³

_______

Die Flammentemperatur ergibt sich (theoretisch)

als Quotient von Flammenwärme und Flammenvolumen

bei spezf. Wärme: 1,63 kJ/m³:

28) Flammenwärme (ohne Luftvorwärmung wie 10) 31 590 kJ

Flammenvolumen:

21) Luftanteil, wie 11) m³ 7,468

22) Brenngasanteil, wie 6) m³ 2,492

23) Dampfanteil aus W[tief]2Überschuß: 0,207/0,8 0,258

_____

24) Summe Flammen-Volumen m³ 10,218

29) Flammentemperatur T[tief]Fl: 28)/24) x 1,63 = 1896 °C.

=======

Keine Vorwärmung der Luft!

Das zugehörige Stoff-Strom-Schema der Fig. 2a deutet an, daß in diesem

Falle die Flammengase 19 an die zu vergasende Wandschicht 6 nur

anströmend nur Wärme abgeben. Sie mögen sich dabei von der primären

Flammentemperatur T[tief]Fl z.B. auf die Auslauftemperatur T[tief]S der Abgase 28

abkühlen, auf T[tief]S = 1 200 °C, um T[tief]Fl - T[tief]S = 696 °C.

Die auf die Kohle übergehende Wärme muß folgenden Bedarf decken:

32) Abschmelzen der Asche: k[tief]a x 1 790 nach Gl.(3): Q[tief]S = 116 kJ

36) Reaktionswärme Q[tief]r nach 1) Q[tief]r = 5 786 kJ

37) Die mit Q[tief]r erzeugten Reaktionsgase vermindern die

mit T[tief]S (z.B. 1 200 °C) angesetzte Entstehungs-Temperatur

auf ihre Austritts-Temperatur T[tief]E vor der Reinigung,

z.B. auf T[tief]E = 200 °C. Der Wärmeverlust F x (T[tief]E/T[tief]S) ist

zusätzlich aufzubringen. (P-J in Fig. 2b).

Flammen-Bildung und -Abstrahlung bedingen einen Wirkungsgrad kleines Eta Fl.

(Beispielsweise mit 0,96 angesetzt; in Fig. 2[tief]b: C´-G).

Aus diesen Bedingungen ergibt sich der autotherme Wärmebedarf

des Verfahrens, bzw. der b-Faktor Anteil. Nach der Erfindung ist

26) die vom Brenner 14 aufzubringende Wärmeleistung:

Fortsetzung

Daraus ergibt sich, bezogen auf den gesamten Heizwert 10) des erzeugten

Gases der erfindungsgemäße Anteil für den einzuhaltenden autothermen

Betriebsfaktor b:

b = 19 514/31 590 = 0,617.

Die Rechnung setzt abgerundet: b = 0,62.

Das Stoffstrom-Schema Fig. 2a setzt ein in kg:

Kohlegewicht nach 1) 1,000 kg

Vergasungswasser W[tief]2 110 % 0,965 kg

_______

Summe 1,965 kg

abzüglich Schmelze 11 - k[tief]a - 0,065 kg

_______

Restgewicht Rohgas 12 plus Wasser 1,900 kg

Annahme: Keine Gewichtsverluste in

Reinigung und Umsatz! Reingas: 1,900 kg

Anteil Nutzgas 24 mit (1-b) 0,720 kg 0,38 %

Zum Brenner Anteil 18: Betriebsbedarf b 1,180 kg 0,62 %

Brennerluft nach 11) 110 % x b:

0,62 x 7,468 x 1,2928 5,990 kg

_______

Gesamtgewicht der Flammengase 19 7,170 kg

=======

Das Wärmestrom-Schema Fig. 2b übernimmt aus dem Rohgas 12 nach 10)

je kg Kohle 31 580 kJ A - B

41) Q[tief]Rü Rücklage Nutzgas 24: (1-b) bzw. 0,38 % 12 004 kJ A - C

40) Brennerleistung b.10) 0,62 % 19 586 kJ C-B bzw.

der Abszisse B´-C´ ist in Fig. 2b die Leitlinie T[tief]1 des Temperaturabfalls

von Flammentemperatur T[tief]Fl (1896 °C) bis Null bei B´ zugeordnet.

Der Abfall ist bedingt durch:

Flammenverluste C´ - G bis G´

32), 36) Schmelz- und Reaktionswärme Q[tief]S + Q[tief]r G - J

plus Auslaufverluste (T[tief]A/T[tief]S) J - P bis T[tief]S

33) Q[tief]W2K Wärmeverbrauch im Abgas 28: für Vergasungs-

Dampf - Erzeugung K-N plus Aufheizen P-K B - N bis N´

38) Austritts-Wärmeinhalt Q[tief]A der Abgase bei T[tief]A U - B´

39) läßt einen betrieblichen Wärmeüberschuß Q[tief]bü N - U

N-U bei Temperaturen zwischen N´ und T[tief]A °C

übrig.

Abschließend ergibt sich für Beispiel III

10) Summe der Einnahmen 31 590 kJ 100 %;

37) Ausgaben: Q[tief]S + Q[tief]r.1.16 6 866 kJ 21,73%

33) Q[tief]W2K Dampferzeugung 2 181 kJ 6,90 %

Austrittsverluste J-P 964 kJ 3,05 %

38) Q[tief]A Austrittsverluste U-B´ 2 068 kJ 6,57 %

39) Q[tief]bü Betriebsüberschuß U - N 7 511 kJ 23,77 %

41) Q[tief]Rü Rücklage 24 12 004 kJ 38,00 %

__________________________

Summe der Ausgaben 31 590 kJ 100,00 %

44) Heizwert der Ausgangskohle: H[tief]uK = Heizwert der Reaktionsgase 10)

abzüglich Aufwand an Reaktionswärme nach 1):

H[tief]uK = 31 590 - 5 786 = 25 804 kJ/kg Kohle.

Auf diesen Heizwert bezogen:

39) Ausbeute Nutzgas 24: 0,946 m³ zu 12 676 kJ/m³ = 12 004 kJ bzw. 46,52 %

40) Nutzbare Wärme im Abgas Q[tief]bü 7 511 kJ bzw. 29,10 %

_______

45) Gesamtnutzung 75,62 %

Soweit vorerst Prinzip und Ergebnis der Anwendung des

A-Retorten-Systems nach der Erfindung, dargestellt an Beispiel III.

Das B-Umlaufsystem

nachfolgend dargestellt an den Beispielen IV, V und VI (Tafel 1)

beruht auf folgendem ergänzenden Unterschied:

Der dem Brenner 14 zugeführte b-Anteil des erzeugten Reingases

wird mit zusätzlichem Vergasungsdampf W[tief]1K angereichert. Die Flammengase

19 werden mit dem Anteil a durch die Kohle hindurchgeführt. Auf diese

Weise erfolgt die Ent- und Vergasung durch das a.b-fache der beim

Verbrennen der Gesamtmenge des entstehenden Roh- bzw. Reingases entwickelten

CO[tief]2 plus H[tief]2O-Gase. Unsere Rechnung entspricht diesem Bedarf dadurch,

daß sie als Bezugseinheit, als Rechnungseinheit RE das (1+a.b)-Fache

der Gewichtseinheit 1 kg ansetzt. Aus k[tief]c = 0,585 wird mit a = 0,5 und

b = 0,4 beispielsweise: k´[tief]c = 1,2 x 0,585 = 0,702.

Dieser k´[tief]c-Kohlenstoffgehalt der Rechnungseinheit RE wird vergast

zu a.b (%) in einer Primärstufe durch die a.b Flammengase, der Rest:

(1-a.b) (%) in einer Sekundärstufe durch den den a.b Flammengasen zu-

gemischten Vergasungsdampf W[tief]1.

Die Primärstufe vergast; weiterhin unterteilt;

zu a.b mit dem CO[tief]2-Gehalt der Flammengase nach Gl.(1),

zu (1-ab) mit dem H[tief]2O-Anteil nach Gl.(2).

Die Sekundärstufe vergast mit dem zugesetzten Vergasungsdampf W[tief]1 nach

Gl.(2).

Dabei entstehen:

Primärstufe: aus a.b.k´[tief]c nach Gl.(1): nach Gl.(2):

Sekundärstufe: aus (1-ab).k´[tief]c nach Gl.(2):

Insgesamt entstehen aus:

Umgerechnet auf Volumina:

Vorstehendes Ergebnis dokumentiert die Verknüpfung der kohlegerechten

Voraussetzung k´[tief]c der Erfindung mit verfahrenstechnischen Vorschriften a und

es steht deshalb als Zeile 1) am Anfang der, entsprechende Verknüpfungen

nach der Erfindung für das Umlaufsystem, zusammenfassenden Norm-Tafel 2

und der für die Beispiele IV, V und VI gültigen Zahlen-Tafeln

3, 4 und 5.

In diesen ist der zugehörige Bedarf an Bildungswärme eingetragen:

35) Q[tief]r1 nach Gl.(1) zu: k´[tief]c = a²b² x 13 390 kJ plus

36) Q[tief]r2 nach Gl.(2) zu: k´[tief]c = (1 - a²b² x 9 875) kJ.

Der bei Vergasen mit atmosphärischer Luft unvermeidliche Stickstoff-Ballast

1) errechnet sich ebenfalls aus den Vergasungsgleichungen zu: k´[tief]c.a.b.7,00.

3) Entgasen: Zahlenmäßige Ergebnisse nach der bereits am Beispiel III

angewandten Gl. (5), abhängig von k´[tief]f. Die Entgasungs-

produkte sind mit dem Anteil: a.b in den Brenngasen und entsprechend

4) mit ihrem Anteil an Vergasungs-CO[tief]2 und -H[tief]2O an der k´[tief]c Vergasung

beteiligt. Sie bauen C I = a.b.k´[tief]f.1,295 kg vorvergasend ab und

erzeugen aus ihm die durch Multiplizieren mit (3,422) bzw. (1,404)

und (5,537) nach Tafel 2 zu gewinnenden CO-, H[tief]2- und N[tief]2-Volumina.

5) In diesem Fall der Vorvergasung durch einen k´[tief]f-Anteil in der Kohle

verbleibt für Primär- und Sekundär-Vergasung nach 1) nur der ent-

sprechend um C[tief]I verminderte k´[tief]c-Rest. Demgemäß sind die Ergebnisse 1)

nur mit: (1 - a.b.k´[tief]f x 1,295/k´[tief]c) multipliziert einzusetzen.

z.B. Tafel 3: CO : 1,362 x 0,898 = 1,223!

6) Die Summe der Gaserzeugung setzt sich zusammen aus: 3) + 4) + 5) = 100 %.

8) Summe des Heizwertes G[tief]waf ergibt sich aus Multiplikation der Einzel-

Volumina mit den kJ/m³ Faktoren, z.B. für CO: 12 636 kJ/m³.

9) Für den Feuchtgas-Heizwert ist der Betrag der

Verdampfung: k´[tief]w x 2 260 kJ/RE abzusetzen. Daraus folgt:

10) der Heizwert des erzeugten Feuchtgas-Volumens. Dessen stöchiometrische

11) Verbrennung erfordert das 2,38-fache des Gasvolumens bei CO

und H[tief]2 u. das 9,52-fache bei CH[tief]4.

Die Wasserbilanz verlangt nach 1) insgesamt

12) W kg/RE Vergasungsdampf: W = 1,5 x (1 - a²b²) x k´[tief]c.

13) Die mit W[tief]2K bezeichnete Hälfte W/2 wird aus verfahrenstechnischen

Gründen vom Dampferzeuger unmittelbar in die zu vergasende Koksschicht

eingeführt. (Fig. 1a bei 21!). Die andere Hälfte

14) mit W[tief]1F = W/2 bezeichnet, wird über die Flammengase eingeleitet.

15) Deren
<NichtLesbar>
aus der Feuchtigkeit k´[tief]w stammender Wasserdampfgehalt

b.k´[tief]w muß zur Erfüllung dieser Aufgabe durch

16) W[tief]1 K = (W/2 a - b x k´[tief]w) "Kessel"dampf verstärkt

werden. Im Falle hoher Anfangsfeuchte nach Beispiel VI und Zahlentafel 5

(0,693) wird der Überschuß (0,401) über das Notwendige (0,292)

entfernt (29 in Fig. 7a). Der Dampfbezug aus dem "Kessel":

17) W[tief]K = W[tief]2 K + W[tief]1 K beschränkt sich in diesem Fall (Tafel 5 bei 33)
<NichtLesbar>

= W[tief]2 K x 2 260 kJ/RE.

Die Brenner-Bilanz

setzt die dem Brenner zugeführte Gesamtwärme 28) in Beziehung zum

Volumen 24) der Wärmeträger und zur spezf. Wärme der Flammengase: 1,63 kJ/m³.

Der Beitrag Kesseldampf W[tief]1 K (Volumen) wird mit 400 °C angesetzt.

29) Die theoretisch errechnete Flammentemperatur T[tief]Fl wird maßgeblich

durch das Ausmaß der Luftvorwärmung (400 °C bzw. 500 °C) bestimmt.

Die Wärmebilanz vereinigt die Komponenten des autothermen

Wärmebedarfes und bestimmt den erfindungsgemäß dafür abzuzweigenden

Faktor b des erzeugten Gesamtvolumens der Reingase 17 nach Fig. 1a.

Es sind aufzubringen nach Normtafel 2 mit den Ergebnissen in den Tafeln 3,

4 und 5: 32) Q[tief]S Schmelzwärme des Unvergasbaren k´[tief]a nach (3),

33) Verdampfungswärme nach (4) zum Erzeugen von Kesseldampf 17)

34) desgl. zum Verdampfen der primären Feuchtigkeit k´[tief]w,

35) und 36) Q[tief]r 1 und Q[tief]32, wie bereits erwähnt, Bildungs-

wärmen nach
<NichtLesbar>

Hierzu kommen die Verfahrensverluste 37) Q[tief]V und die Verluste an Abgas-

Wärme 38) Q[tief]A. Sie sind im Beispiel III relativ niedrig angesetzt, weil

Luft und Dampfumsatz mit 10 % Überschuß gerechnet wurden.

Die Normtafel 2 geht von stöchiometrischen Bedingungen aus. Sie macht

deshalb für die Verluste bei Q[tief]V mit 12,5 % und bei Q[tief]A mit 17,5 %

bewußt hohe Ansätze. Die realen Zahlen dürften nicht unerheblich niedriger

liegen und die in Tafel 1 dargestellten Ergebnisse verbessern, vor allem,

wenn betrieblich sorgsam hier nicht angerechnetes Nutzen der Abfallwärmen

(beispielsweise aus der Heißschmelze und ihrem hohen Anteil bei Ballast-

kohle nach Beispiel V und VI, Tafel 4 und 5) angestrebt wird.

Wird, wie im Beispiel IV, möglichst hohe Gasausbeute 41) Q[tief]Rü bzw.

24 in Fig. 1a angestrebt, so bedeutet nach Tafel 3 die Summe 37) des

autothermen Wärmebedarfes, bezogen auf die verfügbare Gesamtwärme 10)

den erfindungsgemäßen Faktor:

b x 15 322/38 305 = 0,4.

Das zugehörige Wärmestrom-Schema der Fig. 4 zeigt rechts oben die

Aufteilung dieses der Abszisse B´-C´ entsprechenden autothermen

Wärmebedarfes mit der primären Temperaturleitlinie T[tief]Fl - D (T[tief]1).

Die Flammen-Verluste 37) Q[tief]V vermindern den Wärmeinhalt der Flammengase

19 um den Betrag B´ - C´ und ihre Temperatur auf etwa 1640 °C (G´ auf T[tief]1).

Schmelz- und Reaktionswärme: Q[tief]S plus Q[tief]r1 plus Q[tief]r2 (32) + 35) + 36))

decken ihren Gesamt-Wärmebedarf G-J bis zur Temperatur P´ (1 550 °C)

aus der Gesamtflamme. Bei P´ teilt sie sich in einen Anteil a zur

Kohle, in einen Anteil (1-a) zum Auslauf. Beide Anteile seien in diesem

Fall gleich groß (a = 0,5). Sie entsprechen den Abschnitten P-M und M-D.

Jedem Abschnitt ist die Temperaturleitlinie T[tief]2 bzw. T[tief]3 zugeordnet.

Der vom "Kohle-Anteil" allein zu tragende Restbedarf P-J würde

die Temperatur auf T[tief]2 bis J´ bei etwa 220 °C absenken. Sie wird

durch das Wärmeeinbringen des 400 °C heißen Vergasungsdampfes W[tief]2 K

entsprechend J-Q (Fig. 4a) so erhöht, daß der restliche Wärmebedarf

zum Vorwärmen der Kohle ein Absinken der Auslauftemperatur der a-Flammen-

gase nur bis herunter auf K´ mit etwa 260 °C bedingt.

Demgemäß verbleiben auf der a-Seite der Flammen- bzw. Reaktionsgase

M-K Wärmeverluste V[tief]A zwischen 0 und 260 °C.

Auf der (1-a) Seite M-D ist der Bedarf der Luftvorwärmung 25) mit D-E

aufzubringen (E´ bei etwa 1170 °C); anschließend die Verdampfungswärme

33) bzw. E-N mit N´ bei etwa 515 °C; schließlich das Aufheizen des

Vergasungsdampfes auf 400 °C mit N-O für den Brenneranteil W[tief]1K und

O-L für unmittelbare Zufuhr W[tief]2 K zum Koks. Die mit L´ auf T[tief]3 und

K´ auf T[tief]2 vermerkten Auslauftemperaturen der Abgase 28 bzw. Reaktionsgase

12 entsprechen ihren Wärmeinhalten L-M und K-M. Sie sind in der Rechnung

zusammengefaßt unter Q[tief]a 38). In Tafel 3 ist eine Nutzung dieser

Abwärme nicht vorgesehen, obwohl durchaus denkbar (Q[tief]bü 39) = 0).

Der Nutzungs-Wärmewert ist im Beispiel IV demnach allein im

43) Nutzgas 24 mit 22 983 kJ/RE mit nach 6) 4,174 m³/RE bzw.

je kg: 3,478 m³ Gas zu 9 255 kJ/m³ H[tief]u waf errechnet.

Bezogen auf den Heizwert der Kohle 44): H[tief]uK feucht:

44) H[tief]uK = 38 305 - 7 021/1.2 = 26 062 kJ/kg entspricht das einer

45) Ausbeute: 22 983 x 100/26 062 x 1,2 = 73,48 %. (Tafel 1).

Das Beispiel V einer Ballastkohle mit hohem Aschegehalt k[tief]a = 0,585 ist

in Zahlentafel 4 analog abgehandelt. Da die Gaserzeugung als Nebenzweck

angesehen und Wert auf Wärmeüberschuß gelegt wird, ist der Faktor b

überhöht mit 0,9 gewählt. Bei entsprechend niedrigerem a-Wert (a = 0,33) wird RE 1,297 kg. Infolge des k[tief]f-Fortfallens ergibt sich

nur aus der Vergasung 1) eine Wärmeerzeugung im feuchten Rohgas 12

zu nach 10) 21 776 kJ/RE. Davon werden (1-b) Anteil 24 mit Heizwert

Q[tief]Rü unter 41) zu 2 177 kJ/RE als Nutzgas zurückgestellt.

Bei der analogen Aufteilung der B´-C´ Wärme in Fig. 6 ist innerhalb

des G-J Betrages der erforderlichen Schmelz- plus Reaktionswärmen der

in diesem Falle hohe Anteil der Ersteren als G-H (Q[tief]S) besonders angedeutet.

Er erstreckt sich über die mit P´ bei 1500 °C angesetzte Temperatur

des zur Kohle abfließenden Anteiles P-M in diesen hinein.

Dem niedrigeren k´[tief]c Wert entspricht ein geringerer Bedarf an Reaktions-

Wärmen 35) und 36); den niedrigeren a-Wert deutet die Verschiebung der

Mittellinie M-M´ nach links an. Der höhere (1-a) Anteil M-C´ bzw.

M-D deckt seinen Bedarf an Luft- und Vergasungsmittel-Wärme im Abschnitt D-L

mit Temperatur-Absenkung bis L´ bei etwa 760 °C auf der Temperatur-

Leitlinie T[tief]3. Nehmen wir die Auslauftemperatur der genutzten Abgase

T´[tief]U auch hier (relativ hoch) mit etwa 250 °C an, so verbleibt im Abgas 28

der Wärmeüberschuß 39) Q[tief]bü zwischen 760 und 250 °C, bei analog hohen

prozentualen Anteilen an Flammenverlusten 37) Q[tief]V und Auslaufverlusten 38)

Q[tief]A.

In diesem Falle setzt sich die Ausbeute zusammen:

43) Q[tief]ü Q[tief]bü zu 4 256 kJ/RE Betriebsüberschuß Wärme

plus Q[tief]Rü zu 2 177 kJ/RE Rücklage im Nutzgas

__________

Gesamtgewinn 6 433 kJ/RE.

Bezogen auf den Heizwert der Kohle feucht:

44) H[tief]uK = 10) - 35) - 36/RE = 16 643/1,297 kJ/kg

entspricht das einer Gesamtausbeute:

45) 43) x 100/44) x 1,297 = 38,65 %, davon zu 66 % als Wärme,

zu 34 % als Nutzgas.

Das besondere Kennzeichen des Beispiels VI ist neben niedrigem Kohlenstoff-

gehalt k[tief]c (0,193), hohem Aschegehalt k[tief]a (0,357) die hohe Anfangsfeuchtig-

keit k[tief]w (0,450) der Kohle. Diese Zusammensetzung ähnelt Müll und

Pflanzenresten, für die Erfindung auch in Betracht kommenden Einsatzstoffen.

Das in Zahlentafel 5 und im Wärmestrom-Schema Fig. 8 bzw. 8a dargestellte

Verfahren kann analog dem Beispiel V besonders auf Wärme-, weniger auf

Gas-Ausbeute abgestellt sein. Der Schwerpunkt liegt auf dem bereits unter

dem Stichwort "Wärmebilanz" angedeuteten Abscheiden der über den

Bedarf der Vergasung hinausgehenden Anteile Anfangsfeuchtigkeit k´[tief]w.

Er erfordert neben hohem b-Wert (0,9) hohen a (0,6) Faktor, (sichtbar

in Fig. 8 durch Verschieben der Trennlinie
<NichtLesbar>
nach rechts!). Nach

der Erfindung läßt sich das Vortrocknen feuchter Einsatzkohle in das

Vergasen integrieren, sofern das wärmewirtschaftliche Vorteile bringt

und die Kosten der Gesamteinrichtung vermindert (Braunkohle, Lignite, Öl-

Schiefer). Die Rechnungseinheit RE (1,54 kg) ist gewichtiger geworden.

Die Lieferung von Vergasungsdampf W[tief]1 K wird durch verstärkten Bedarf der

Verdampfung J-K abgegolten. Bei prozentual etwa gleich hohen

Verlustanteilen 37) Q[tief]V und 38) Q[tief]A läßt sich ein betrieblicher Wärme-

Überschuß 39) Q[tief]bü erzielen. Auch hier werden mögliche Nutzung der Abfall-

Wärmen rechnerisch ausgeklammert.

Die Ausbeute setzt sich demnach zusammen:

43) Q[tief]ü = 39) Q[tief]bü + 41) Q[tief]Rü

= 1 840 Wärme + 1 260 Gas = 3 100 kJ/RE

59 + 41 = 100 %

Bezogen auf den Heizwert der feuchten Kohle:

H[tief]uK = 10) - 35) - 36)

44) = 12 670 - 1 157 - 2 079/1,54 = 6 126 kJ/kg

errechnet sich die Ausbeute zu:

45) 3 100 x 100/6 126 x 1,54 = 32,85 %. (Tafel 1)

Die Gegenüberstellung der rechnerischen Ergebnisse in Tafel 1 wirft

die Frage auf:

Bis zu welchem Mindest-Heizwert H[tief]uK läßt sich

das autotherme Verfahren nach der Erfindung überhaupt durchführen?

Die Antwort ließe sich aus vorstehender Schlußbilanz Beispiel VI

folgendermaßen ableiten:

10) Rückgang der Einnahmen durch Verzicht auf Nutzen: kJ %

100 - 32,85 = 67,15 % bzw. 0,6715 x 12 670 8 507 100,0

Ausgaben:

Prozentual erhöht bei den von k[tief]a und k[tief]w abhängigen Posten:

Q[tief]S 32) + (k[tief]w) 34) : 984 + 1 566/0,6715 = 3 805 44,7

prozentual verminderte k[tief]c abhängige Posten:

33) + 35) + 36) = 3 593 x 0,6715 2 407 28,2

Verluste prozentual etwa unverändert angesetzt:

37) Q[tief]V 957 11,2

38) Q[tief]A 1 338 15,7

_____________________________________________________________________________

42) Summe der Ausgaben 8 507 100,0

44) Zugehöriger gesuchter Heizwert der Kohle:

H[tief]uK min. = 10) - [35) - 36)] x 0,6715/RE = 8 507 - 2 173/1,54 = 4 113 kJ/kg

Ein Vergleich der den Beispielen IV, V und VI zugehörigen Stoffstrom-

Schemata in den Figuren 3, 5 und 7 zeigt neben der Fig. 2 analogen

Verteilung der in das Verfahren eintretenden und aus ihm austretenden

Gewichte einen für das Umlaufsystem B bemerkenswerten Unterschied:

Im Verhältnis zu diesen nimmt der Anteil 18 des intern zum

Brenner 14 umlaufend zurückkehrenden Umlaufgewichtes auffallend zu.

Diese nach Anspruch 9 besonders hervorgehobene Auswirkung der Erfindung

ist an Figur 10 erläutert:

Bläst man ein Gasvolumen 100 in eine

Kammer mit den Ausgängen 28 für das (1-a)fache und Ausgang 24 für

das (1-b)fache des Einblasevolumens, so verbleibt vorerst ein Teil

des Zustromes in der Kammer, bis sich in dieser ein durch den Faktor

a.b/1-ab gekennzeichnetes Gaspolster gebildet hat. Erst dann stellt sich

Gleichgewicht zwischen Zustrom und Abstrom ein. Der Zustrom

verstärkt sich intern eintretend um das Volumen bzw. Gewicht des

Gaspolsters und läßt es austretend in der Kammer zurück, ein Vorgang,

der sich mit der Bedeutung einer "Schwungmasse" in der Mechanik vergleichen

läßt. Er ist beim Aufstellen von Stoffbilanzen nach der Erfindung zu

beachten. Er bedeutet betrieblich:

Das Umlaufsystem schafft sich -

beispielsweise im Sammler S[tief]3 - ein "Gaspolster" mit verstärkender und

Schwankungen ausgleichender Wirkung auf den internen Umsatz.

Die vorstehende Beschreibung hat nicht die Aufgabe, bis ins Kleinste

ausgefeilte Einzelergebnisse des Verfahrens nach der Erfindung
<NichtLesbar>
vorzulegen. Sie zeigt den grundsätzlichen Zusammenhang zwischen

"kohlegerechten Voraussetzungen und verfahrensgerechten Maßnahmen auf und die

Aussicht, diese in einem ausgedehnten Anwendungsbereich mit mehr oder weniger

gleicher beziehungsweise derselben Einrichtung wirtschaftlich zu verwirk-

lichen.

Die Beschreibung setzt voraus und schließt mit ein vertiefte und angereicherte

"kohlegerechte" Voranalysen, ebenso wie sich aus diesen folgerecht

ergebende verfahrenstechnische Maßnahmen. Hierzu gehören besonders

wirtschaftliche Nutzung der nur allgemein angedeuteten Verfahrensverluste,

eine sinnvolle Verbindung mit Problemen der Gasreinigung. Es liegt auf

der Hand, die Wärme der Ascheschmelze zu nutzen, Rückstände der Gasreinigung

in das Verfahren zurückzuführen.

Es ergibt sich die Möglichkeit, die Ausnutzung zwischen Gas und Wärme

zielbewußt aufzuteilen, dazu die Gaszusammensetzung beispielsweise

durch Zusätze zu beeinflussen. Spritzt man an geeigneter Stelle wie am Brenner 14 ein Carburierungsöl mit ein, so zersetzen sich die

Kohlenwasserstoffe wegen der hohen Dauertemperatur sehr intensiv.

Der bei konventionellen Öl-Spaltanlagen sich bildende Ruß wird

nach der Erfindung durch den Wasserdampf unmittelbar zu einem

Spaltgas-Zusatz mit hohem Wasserstoffgehalt umgesetzt. Der Vorgang

läßt sich quantitativ und in seiner qualitativen Auswirkung in das

Verfahren nach der Erfindung eingliedern.

Das Verfahren erlaubt, Einrichtungen zu seiner Durchführung - sie

können wegen der Vielseitigkeit ihrer durch die Erfindung gegebenen

Möglichkeiten, in dieser Beschreibung nicht aufgeführt werden -

auf den Anschluß an vorhandene Verbraucher abzurichten. Dazu gehört

die Möglichkeit, bisher auf Öl- oder Gas-Verbrauch angewiesene

Energieerzeuger durch Voranlagen nach der Erfindung wieder auf den

Einsatz von Kohle, besonders auch billiger Sorten, umzustellen und

dabei verschärften Umweltbedingungen sowohl wie der Notwendigkeit,

die Asche-Rückstände wirtschaftlich zu verwerten, Rechnung zu tragen.

Der Enddruck des erzeugten Gases kann durch Gebläse auf für Ferngasleitungen

erforderliche Höhe gesteigert werden.

Die erzeugte Wärme läßt sich in Fernwärme-Netze elastisch - auch

in kleinen Einheiten - eingliedern.

Eine Einrichtung nach der Erfindung läßt sich beispielsweise so gestalten,

daß der primäre, durch den Brenner 14 erzeugte Flammendruck in der

Schmelzkammer 13 den erfindungsgerecht entstehenden und umlaufenden

Gas-Strömen die Möglichkeit gibt, die Strömungswiderstände bis

zum Endziel, beispielsweise über Gasreinigungs- oder Luftvorwärmer-Hürden

hinweg, ohne Zwischengebläse, mittels verfahrensgerecht gekoppelten

Schieber-Systems zu überwinden.

Hierzu: 10 Figuren-Blätter

5 Zahlen-Tafeln

15 Patent-Ansprüche

Zum Vergleich herangezogenes Schrifttum:

1) "Kohlevergasung in der Energietechnik". -Vorträge- VGB TB 201 1979

2) "Abfallbeseitigung nach dem FLK-Hochtemperatur-Verfahren." Umwelt 4/1974.

S. 39/42.

Deutsche Offenlegungsschriften

OS 26 49 025 vom 11.5.1978

OS 27 52 444 vom 7.6.1979

Tafel 1

Tafel 2 Normblatt

Tafel 3

Tafel 4

Tafel 5

Leerseite

Claims (15)

1) Verfahren zum regelbaren durchlaufenden autothermen Ent- und

Vergasen vorwiegend fester Brennstoffe 1 und schmelzflüssigen

Abscheiden des Unvergasbaren 11

mittels einer in eine Schmelzkammer 13 einblasenden, vorwiegend

mit atmosphärischer Luft 8 versorgten Hochtemperatur-Impulsbrenners 14,

dadurch gekennzeichnet, daß dieser Brenner 14 mit einem auf den

kohlegerechten Bedarf des die Kammerwand bildenden Brennstoffs 1

an Vergasungs- und Schmelzwärme abgestimmten Anteil des erzeugten

Gases 12 - beziehungsweise mit zusätzlichem Vergasungsdampf - zielbewußt

versorgt wird, wobei das Verfahrens-Ziel ausgerichtet ist:

A (Retortenverfahren) auf die Erzeugung eines qualitativ hoch-

wertigen - stickstoffreien - Nutzgases bei zusätzlichem Anfall

an Nutzwärme, oder

B[tief]1 (Durchlaufverfahren) auf die Erzeugung eines quantitativ

möglichst hohen Betrages an stickstoffarmem Mittelgas

ohne bemerkenswertem Zusatz an Nutzwärme, oder

B[tief]2 auf die Erzeugung eines wirtschaftlich ausgewogenen Anteiles

an stickstoffarmem Mittelgas plus zusätzlicher Nutzwärme.

2) Verfahren nach Anspruch 1 A, dadurch gekennzeichnet, daß der von

Fremdstoffen befreite b-Anteil Reingas 18 im Brenner 14 mit

- zum Erzeugen einer optimal hohen Flammentemperatur T[tief]Fl vorgewärmten -

Verbrennungsluft 8 vermischt wird, daß die erzeugten Flammengase 19

an der Brennstoff-Kammerwand (1 plus W[tief]2) nach Fig. 2 nur anströmend

vorbeigeführt werden, daß sie dabei an diese im Temperaturbereich T[tief]
<NichtLesbar>
bis zur Austrittstemperatur T[tief]S nur Vergasungs- und Schmelzwärme

abgeben, und daß die austretenden Abgase 28 im Temperaturbereich T[tief]S

bis zur Austrittstemperatur T[tief]A aus dem Verfahren nutzbare Zusatzwärme

zur Verfügung stellen.

3) Verfahren nach Anspruch 1 B[tief]1) und 2), dadurch gekennzeichnet,

daß ein möglichst niedriger b-Anteil des Reingases 18 im Brenner

14 mit zusätzlichem Vergasungsdampf W[tief]1K (Fig. 3) versorgt wird

und daß ein Anteil a der Flammengase 19 durch die Brennstoff-

Kammerwand 6 hindurch geführt wird, daß er dabei an diese Vergasungs-

Wärme- und Vergasungsmittel abgibt, wobei der (1-a) Anteil Abgase seinen Wärmeinhalt (D-L nach Fig. 4a) zum Vorwärmen der Luft 8

und zum Erzeugen von Vergasungsdampf W[tief]K hauptsächlich verbraucht,

sich dabei auf eine so niedrige Endtemperatur L
<NichtLesbar>
abkühlt, daß die Restwärme L-M praktisch nicht nutzbar ist.

4) Verfahren nach Anspruch 1) bis 3), dadurch gekennzeichnet, daß

der kohlegerechte b-Anteil 18 der Reingase auf Kosten eines

verminderten (1-b) Anteiles 24 (Fig. 5) erhöht und daß dadurch

zielbewußt ein höherer (1-a) Anteil Abgase 28 (Fig. 6) mit

höherer Temperatur L´ nach Abgabe der Vorwärm- und Verdampfungsleistung

D-L zur Verfügung gestellt wird, aus welchem der Betrag L-U bis

hinab auf die Austrittstemperatur T[tief]U als Zusatzwärme Q[tief]bü, zusätzlich

zur Gaswärme 24 (Q[tief]Rü) zur Verfügung steht.

5) Verfahren nach Anspruch 1) bis 4), dadurch gekennzeichnet, daß ein

den Bedarf an Vergasungswasser übersteigender Anteil 29 (Fig. 7)

der Anfangsfeuchte k[tief]w des Brennstoffs 1 vor der Nutzung aus dem

erzeugten Rohgas 12 - beispielsweise im Zuge der Reinigung nach

Anspruch 6) - ausgeschieden wird.

6) Verfahren nach Anspruch 1) bis 5), dadurch gekennzeichnet, daß

aus dem Rohgas 12 Fremdstoffe abgeschieden werden, vorzugsweise

in Einrichtungen S[tief]1 und S[tief]2 unmittelbar nach Prinzipien der

Kaltgasreinigung.

7) Verfahren nach Anspruch 1) bis 6), dadurch gekennzeichnet, daß

dem Brennstoff 1, beispielsweise bei
<NichtLesbar>
in Fig. 1a, Zusätze zugefügt

werden, welche neben einer Aufnahmefähigkeit für abzuscheidende

Verunreinigungen wie Schwefel geeignet sind, den Fließpunkt T[tief]S

der Schmelze 11 und damit die an diesen gebundene Austrittstemperatur

der Abgase 28 herabzusetzen, wobei sie die Verweilzeit der Flammen-

gase in der Schmelzkammer 13 und damit die nutzbare Temperaturspanne

T[tief]Fl - T[tief]S der Wärmenutzung der Flammengase 19 erhöhen.

8) Verfahren nach Anspruch 1) bis 7), dadurch gekennzeichnet, daß die

aus reinen Brenngasen 18 erzeugten Flammengase 19 auch als Abgase 28

durch Berührung mit der Brennstoff-Kammerwand nicht verunreinigt

werden, weil aus dieser beispielsweise verdampfend frei werdende

Verunreinigungen durch den Unterdruck an der Berührungsfläche in

Richtung des zufließenden Brennstoffs 1 beziehungsweise der Gasreinigung

S[tief]1 und S[tief]2 zurückgehalten bzw. zurückgesaugt werden.

9) Verfahren nach Anspruch 1) bis 8), dadurch gekennzeichnet, daß

nach Fig. 10 der Gasumlauf ein durch die Faktoren a und b bestimmtes

Gaspolster a x b/1 - a x b bildet und als eine Art "Schwungmasse", beispiels-

weise im Sammler S[tief]3 zum Ausgleich von Durchsatz-Schwankungen

zur Verfügung hält.

10) Verfahren nach Anspruch 1) bis 9), dadurch gekennzeichnet, daß

der Wärmeinhalt der Abgase 28 beispielsweise in einem Luftvorwärmer

27 zum Aufheizen der Brennerluft 8 und/oder in einem Dampferzeuger

26 zum Erzeugen von Vergasungsdampf W[tief]K genutzt wird.

11) Verfahren nach Anspruch 1) bis 10), dadurch gekennzeichnet, daß der

Wärmeinhalt der ausfließenden Schmelze 11 zur Verbesserung der Wärme

des Verfahrens herangezogen wird, desgleichen auch Kühlwasser-

Abläufe.

12) Verfahren nach Anspruch 1) bis 11), dadurch gekennzeichnet, daß

zur gezielten Veränderung der Gaszusammensetzung dem Brennstoff

beispielsweise sogenannte Carburierungsmittel zugesetzt werden,

wobei der erforderliche Bedarf an Spaltwärme zusätzlich zum kohle-

gerechten Wärmebedarf des Verfahrens aus der erfindungsgemäßen

Wärmebilanz mit übernommen wird.

13) Verfahren nach Anspruch 1) bis 12), dadurch gekennzeichnet, daß

das im Sammler S[tief]3 zwischengespeicherte Reingas 17 über ein Gebläse

33 auf beispielsweise zum Anschluß an Ferngasversorgung erforderlich

höheren Druck gebracht wird.

14) Verfahren nach Anspruch 1) bis 13), dadurch gekennzeichnet, daß

der erfindungsgemäßen Bindung der Verfahrensfaktoren a und b

an kohlegerechte Voraussetzungen des Brennstoffs durch automatische

Regelung - z.B. Computer-Steuerung - des Verfahrensablaufes entsprochen

wird.

15) Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach den Ansprüchen 1) bis 14),

dadurch gekennzeichnet, daß der Flammendruck in der Schmelzkammer 13

die Gas-Ströme ohne Zwischenschaltung von Gebläsen, beispielsweise

über ein verfahrensgerecht gekoppeltes System von Regel-Schiebern,

bis zum Abnehmer (Sammler, Brenner oder Schornstein) bewegt.