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Mehrstufen-Generator zum oxidativen Vergasen
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von festen Brennstoffen Die Erfindung betrifft einen Mehrstufen-Generator
zum oxidativen Vergasen von festen Brennstoffen, insbesondere Holz mit wenigstens
zwei übereinander angeordneten Behandlungsstufen, einer Zuführungseinrichtung für
den Brennstoff, einer Ring leitung für die Nutzgas-Abführung kurz oberhalb des Glutbettes
sowie einer Schwelgas-Rückführung aus der Schwelzone in die Glühzone. Derartige
Mehrstufen-Generatoren sind grundsätzlich bekannt. Sie dienen insbesondere zum oxidativen
Vergasen von Kohle, können aber auch zum entsprechenden Vergasen von Holz, Torf
oder anderen festen Brennstoffen eingesetzt werden. Unter dem Begriff "oxidatives
Vergasen" wird hierbei das Vergasen der Brennstoffe unter gedrosselter Frischluftzufuhr
verstanden im Gegensatz zum destillativen Vergasen, welches in der Regel bei der
Leuchtgaserzeugung aus Steinkohle angewandt wird.
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Die erwähnten Mehrstufen-Generatoren werden meist als größere Einheit
entweder gemauert oder im Mauerwerk-Metall-Hybrid-Ausführung erstellt. Üblicherweise
werden dabei zwei Stufen vorgesehen, welche übereinander angeordnet sind, wobei
der zu vergasende feste Brennstoff die Stufen von oben nach unten durchläuft, während
die Verbrennungs-Frischluft den Generator von unten nach oben durchströmt. Die obere,
erste Stufe dient der Vorwärmung sowie gegebenenfalls Trocknung des Brennstoffes,
ein Prozeß der so weit geführt wird, daß in dieser ersten Stufe bereits eine Schwelung
unter Freisetzung teerreicher Schwelgase eintritt. In der zweiten Stufe tritt dann
die eigentliche oxidative Vergasung ein, wobei die Temperatur je nach Prozeßführung
900 bis 1400 ob erreicht. Die zweite Stufe wird deshalb auch als "Glutbett" des
Generators bezeichnet.
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Die in der ersten Stufe frei werdenden teerreichen Schwelgase werden
oben abgezogen und durch besondere Reinigungsvorrichtungc" vom Teer befreit. Es
ist auch bekannt auf die Teergewinnung zu verzichten und die Schwelgase in die Glühzone
zurückzuführen, wo der Teer gekrackt wird oder verbrennt und auf diese Weise zur
Wärmegewinnung im Prozeß beiträgt. Das entstehende Nutzgas wird über eine den Generator
umfassende Ringleitung kurz oberhalb des Glutbettes abgezogen.
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Die bekannten Mehrstufen-Generatoren bereiten oft Schwierigkeiten
bei der Prozeßsteuerung. Eine Beeinflussung ist in erster Linie über die Frischluftzufuhr
möglich, obgleich sich diese Beeinflussungsmöglichkeit im wesentlichen auf die Reaktionsgeschwindigkeit
sowie über diese Größe auf die Stärke des Glutbettes bezieht. Eine Beeinflussung
der Form des Glutbettes sowie insbesondere der Strömungsgeschwindigkeit über den
gesamten Querschnitt des Generators ist nicht zu erreichen. Bekannte Generatoren
können deshalb in aller Regel auch nicht auf einen Kühlwassermantel verzichten,
der die Aufgabe hat, die Ausdehnung des Glutbettes zu begrenzen, wobei dann allerdings
der im Kühlmantel gewonnene Wasserdampf meist noch ganz oder teilweise von unten
in das Glutbett eingeleitet wird, wodurch eine gewisse Kaltblasung des Bettes eintritt,
wodurch ebenfalls eine Beeinflussung des Reaktionsverlaufes möglich ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Zweistufengeneratoren derart
weiterzuentwickeln, daß die Gasströmung im Innern des Generators von außen leichter
steuerbar ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil
des Patentanspruches 1. Sie besteht aus zwei Maßnahmen die in aller Regel gemeinsam
anzuwenden sind, jedoch auch einzeln eingesetzt werden können. Die eine Maßnahme
besteht
darin, daß im Bereich der Nutzgasabführung ein Löcherkranz angeordnet ist, der den
Abzugsbereich mit der Ringleitung verbindet. Die andere Maßnahme besteht darih,
daß die Schwelgasableitung über eine Pumpe wahlweise mit dem Drehrost und/oder einem
im Bereich des Glutbettes angeordneten Ringrost verbindbar ist.
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Die an erster Stelle genannte Maßnahme gestattet es, die Nutzgasabführung
über den gesamten Ofenquerschnitt gleichmäßig zu gestalten. Normalerweise tritt
das Nutzgas kurz oberhalb der Glühzone in eine Ringleitung ein, welche als Sammelleitung
dient und welche an einer Stelle des Ringumfanges in die Abtransportleitung mündet.
Diese gegebenen geometrischen Verhältnisse bringen es mit sich, daß die Strömungsgeschwindigkeit
in der Nähe der Abtransport leitung am größten und an der am weitesten davon entfernten
Stelle am kleinsten ist. Das sich dadurch ergebende Strömungsprofil setzt sich bis
weit in den Generator fort und bewirkt eine ungleichmäßige Ausbildung des Glutbettes.
Durch die Anordnung des Löcherkranzes tritt eine weitgehende Vergleichmäßigung des
Strömungsprofiles ein. Es rührt dies daher, daß der Wirkungsquerschnitt eines jeden
Loches begrenzt ist, so daß im Bereich der Abtransportleitung eine durch den Lochdurchmesser
vorgegebene Strömungsgeschwindigkeit
nicht überschritten werden
kann. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Löcher
Abdeckungen aufweisen, welche vorzugsweise von außen verstellbar sind. Die Abdeckungen
können die Form von Stöpseln, Tassen o.dgl. aufweisen und beispielsweise über Verstellschraubgestänge
von außen zugänglich sein. Zur Beeinflussung des Strömungsprofils ist es dann beispielsweise
möglich, die Öffnungen in der Nähe der Abtransportleitungen noch weiter zu verschließen,
während die Öffnungen an der davon entferntesten Stellung weiter geöffnet werden.
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Desweiteren wird vorgeschlagen, daß der Querschnitt der Ring leitung
groß ist gegenüber der Summe der Querschnitte der Löcher. Bevorzugt wird es, wenn
der Querschnitt der Ring leitung wenigstens zweimal so groß ist wie die Summe der
Querschnitte aller Löcher, wodurch sich dann eine Pufferwirkung der Ringleitung
ergibt, die den Einfluß der Abtransportleitung auf das Strömungsprofil weiter verringert.
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Bei der konstruktiven Durchführung von Mehrstufen-Generatoren gemäß
der Erfindung hat es sich bewährt, wenn der Löcherkranz nebst Ringleitung und Bedienungsteilen
für die Verstellung der Abdeckungen in einem kranzförmigen Podest oberhalb des Glutbettes
angeordnet ist und wenn die erste Behandlungsstufe einen kleineren Durchmesser als
das Podest
aufweist. Das Podest ist dann leicht für die Verstellung
der Abdeckungen zugänglich und der Gesamtgenerator verjüngt sich in strömungstechnisch
günstiger Weise von unten nach oben.
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Die zweite im Patentanspruch 1 genannte Maßnahme hat den Zweck, das
anfallende Schwelgas wahlweise dem Drehrost unterhalb des Glutbettes oder aber einem
im Bereich des Glutbettes angeordneten Ringrost zuzuleiten. Beide Wege können auch
gleichzeitig beschritten werden, so daß auch auf diese Weise eine wirksame Beeinflussung
des Strömungsprofils, in diesem Falle insbesondere aber auch des Glutbettes möglich
ist. In der Schwelgasableitung können hierzu Drosselschieber für die wahlweise Absperrung
oder Öffnung der Leitung zum Ringrost und/oder zum Drehrost angeordnet sein.
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Desweiteren wird vorgeschlagen, daß im Bereich des Glutbettes zwei
Ringroste angeordnet sind, von denen einer mit der Frischluftleitung und der andere
mit der Schwelgasableitung verbunden ist. Besonders günstig ist es, wenn der obere
Ringrctt mit der Schwelgasableitung und der untere Ringrost mit der Frischluftleitung
verbunden ist.
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Trotz der Rückführung des Schwelgases in das Glutbett und der dadurch
ermöglichten kurzen Leitungsführung läßt es
sich häufig nicht vermeiden,
daß Teerabsonderungen in der Rückführungsleitung eintreten. In welchem Maße dies
geschieht, hängt wesentlich von der Wahl der Prozeßführung, aber auch des eingesetzten
festen Brennstoffes ab. Um Verstopfungen der Leitungen sowie der Drosselschieber
zu vermeiden wird vorgeschlagen, daß die Schwelgasableitung an ihrer tiefsten Stelle
mit einem Teersammelbehälter verbunden ist.
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Die erfindungsgemäßen Mehrstufen-Generatoren eignen sich besonders
für das Vergasen von Holz. Das entstehende Nutzgas ist sehr rein und wird für die
Beheizung von Industrieanlagen, z.B. Gasöfen, Schmelzöfen oder ähnliches eingesetzt.
Das Gas kann wegen seiner hohen Reinheit aber auch zum Betrieb von Gasmotoren verwendet
werden. Außer für die Vergasung von Holz lassen sich die Generatoren aber auch vorteilhaft
für die Vergasung anderer fester Brennstoffe wie Steinkohle, Braunkohle, Lignite
oder Torf verwenden.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnung näher
erläutert. Es stellen dar: Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Mehrstufen-Generators;
Fig. 2 eine schematische
Draufsicht auf den vorgeschlagenen Löcherkranz; Fig. 3 eine schematische Seitenansicht
auf ein Detail des Generators, nämlich die von außen verstellbaren Abdeckungen der
Löcher des Löcherkranzes.
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Der in Fig. 1 dargestellte Generator besteht aus einem vorzugsweise
gemauerten Generatorgehäuse 1, welches in bekannter und deshalb hier nicht näher
dargestellter Weise auf einem Fundament 2 errichtet ist. Der Generator ist prinzipiell
in die beiden Stufen 3 und 4 unterteilt, von denen die erste Stufe 3 als Vorwärm-
und Schwelstufe und die zweite Stufe 4 als Glutbettstufe dient.
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Auf der ersten Stufe 3 befindet sich eine Zuführungseinrichtung 5
für den zu vergasenden Brennstoff, also beispielsweise für Holzschnitzel. Diese
Zuführungseinrichtung besteht in an sich bekannter Weise aus einem Einfülltrichter
6, der mittels eines Sperrtrichters 7 verschlossen werden kann. Der Sperrtrichter
wird über ein Gestänge 8;8' in der Sperrstellung gehalten, wobei das Gestänge 8'
noch durch ein Gegengewicht 9 beschwert sein kann. Soll der Generator mit Brennstoff,
beispielsweise Holzschnitzeln beschickt werden, so wird zunächst der Verschlußdeckel
10 geöffnet und die gewünschte Holzschnitzelmenge in den Zuführungsbehälter
11
eingefüllt. Danach wird der Verschlußdekkel 10 wieder geschlossen und nunmehr der
Sperrtrichter 7 durch Anheben des Gestänges 8' abgesenkt. Die eingefüllten Holzschnitzel
fallen dadurch in den Einfülltrichter 6 und rutschen von dort allmählich in die
erste Stufe des Generators.
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In dieser ersten Stufe findet eine Vorwärmung und gegebenenfalls Trocknung
der Brennstoffteilchen, also beispielsweise der Holzschnitzel statt. Die Temperaturerhöhung
geht hierbei bereits so weit, daß eine Schwelung unter Freisetzung teerreicher Schwelgase
eintritt. Die Schwelgase steigen nach oben und sammeln sich im Gasraum 12 an. Sie
werden durch die Schwelgasableitung 13 abgeführt und, gegebenenfalls über eine Drosselklappe
14 einer Pumpe (Gebläse) 15 zugeleitet.
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Die vorgewärmten und teilweise auch bereits durch Schwelung zersetzen
Brennstoffteilchen wandern von oben nach unten weiter durch den Generator. Wenn
Sie in die zweite Stufe 4 eintreten, ist ihre Erwärmung so weit fortgeschritten,
daß sie mit dem dort vorhandenen Sauerstoff unter teilweiser Verbrennung zu Kohlenmonoxid
reagieren. Das entstehende Kohlenmonoxid bildet den wertvollsten Bestandteil des
erzeugten Nutzgases. Die Strömungsgeschwindigkeit ist
in der zweiten
Stufe 4 bereits beachtlich hoch. Zur Ableitung des Nutzgases befindet sich kurz
oberhalb des Glutbettes eine Ringleitung 16 mit beispielsweise einer Nutzgasabführung
17. Zur Vergleichmäßigung der Gasströmung in diesem Bereich ist ein Löcherkranz
18 vorhanden, der den Abzugsbereich 19 mit der Ringleitung 16 verbindet.
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Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Löcherkranz 18 ist in Fig. 2 gesondert
in der Draufsicht dargestellt. Fig. 2 läßt erkennen, daß der Löcherkranz mehrere
über den Umfang gleichmäßig verteilte Löcher 20 aufweist. Die Dimensionierung ist
dabei vorzugsweise so getroffen, daß der Querschnitt der Ringleitung 16 wenigstens
zweimal so groß ist wie die Summe der Querschnitte aller Löcher 20.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Löcher 20
Abdeckungen 21 aufweisen, welche es gestatten, den effektiven Querschnitt der Löcher
willkürlich zu verändern und dadurch Einfluß auf das Strömungsprofil des Generators
zu nehmen. Hierzu wird vorgeschlagen, daß die Abdeckungen 21 über ein Verstellgestänge
22 nach außen geführt sind und dadurch mehr oder weniger angehoben werden können.
Das Verstellgestänge kann dabei ein Schraubgestänge sein; es sind aber natürlich
auch andere Anordnungen, wie beispielsweise hydraulische oder pneumatische Hubzylinder
o.dgl.
möglich.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Löcherkranz 18 nebst Ring leitung
16 und Bedienungsteilen 22 für die Verstellung der Abdeckungen 21 in einem kranzförmigen
Podest 23 oberhalb des Glutbettes (also oberhalb der zweiten Generatorstufe 4) angeordnet
sind und wenn die erste Behandlungsstufe 3 einen kleineren Durchmesser als das Podest
23 aufweist. Es ergibt sich dann der sich von unten nach oben verjüngende Aufbau
gemäß Fig. 1, der sowohl in statischer wie auch in strömungstechnischer Hinsicht
günstig ist und der es außerdem gestattet, die Verstellgestänge 22 leicht zu erreichen.
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Fig. 1 läßt desweiteren erkennen, daß in die Schwelgasableitung 13
Drosselklappen 25 und 26 für die wahlweise Absperrung oder Öffnung der Leitung zum
Ring rost 27 und/oder Drehrost 28 angeordnet sind.
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Die Rückführung des Schwelgases in das Glutbett kann Schwierigkeiten
bereiten, nämlich dann, wenn es vor der Einführung der Schwelgase in den Generator
zur Bildung brennbarer, insbesondere explosiver Schwelgas-Luft-Gemische kommt.
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Um dies zu verhindern wird vorgeschlagen, daß im Bereich des Glutbettes
24, also in der zweiten Generatorstufe 4
zwei Ringroste 27 und
29 angeordnet sind, von denen einer mit der Schwelgasableitung 13 und der andere
mit einer Frischluftleitung 30 verbunden ist. Vorteilhafterweise wird dabei die
Anordnung so getroffen, wie in Fig. 1 dargestellt, daß nämlich der obere Ringrost
27 mit der Schwelgasableitung 13 und der untere Ring rost 29 mit der Frischluftzuleitung
30 verbunden ist.
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Wie bereits gesagt, kann das Schwelgas auch über den Drehrost 28 dem
Glutbett zugeleitet, in diesem Fall dem Glutbett von unten zugeführt werden. Überraschenderweise
hat es sich gezeigt, daß es hierzu möglich ist, das Schwelgas in denselben Raum
31 des Drehrostes einzuleiten, in den auch die Verbrennungsfrischluft geleitet wird.
In Fig. 1 ist dies dadurch angedeutet, daß beide Leitungen 13 und 30 in denselben
Raum 31 münden.
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Die Schwelgasableitung 13 ist vorteilhafterweise an ihrer tiefsten
Stelle 32 mit einem Teersammelbehälter verbunden.
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Dieser Sammelbehälter ist in der Zeichnung Fig. 1 nicht mehr dargestellt.
Er wird an den unteren Flansch 33 angeschlossen.
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Positions-Zahlen-Liste List of reference numbers
| Kunde Akte 81006 Anmelder Riedh ammer |
| Customer case Applicant |
| Pos. Benennung/Designation |
| 1 Generator-Gehäuse |
| 2 Fundament |
| 3 1. Stufe |
| 4 2. Stufe |
| 5 Zuführungs-Einrichtung |
| 6 Einfülltrichter |
| 7 5 errtrichter |
| 8 Gestände |
| 9 Gegengewicht |
| 10 Verschlußdeckel |
| 11 Zuführbehälter |
| 12 Gasraum |
| 13 Schwelgas-Ableitung |
| 14 Drosselklappe |
| 15 Pumpe |
| 16 Rein leiten |
| 17 Nutzgasabführun |
| 18 Löcherkranz |
| 19 Ab~ugsbereich |
| 20 Löcher |
| 21 Abdeckungen |
| 22 Verstellgestänge |
| 23 Podest |
| 24 Glutbett |
| 25 Drosselklappen |
| 26 Drosselklappen |
| 27 Ringrost |
| 28 Drehrost |
| 29 |
| 30 Frischluftzuleitung |
| 31 Raum |
| 32 tiefste Stelle |
| 33 Flansch |
| 34 |
| 35 |
| 36 |
| 37 |
| 38 |
| 39 |
| 40 |
| 41 |
| 42 |
| 4-3 |
| 44 |
| 45 |
| 46 |
| 47 |
| 48 |
| 49 |
| 50 |
| Pos. Benennung/Designation Sonderpositionen/Special |
| 51 |
| 52 |
| 53 |
| 54 |
| 55 |
| 56 |
| 57 |
| 58 |
| 59 |
| 60 |
| 61 |
| 62 |
| 63 |
| 64 |
| 65 |
| 66 |
| 67 |
| 68 |
| 69 |
| 70 |
| 71 |
| 72 |
| 73 |
| 74 |
| 75 |
| 76 |
| 77 |
| 78 |
| 79 |
| 80 |
| 81 |
| 82 |
| 83 |
| 84 |
| 85 |
| 86 |
| 87 |
| 88 |
| 89 |
| 90 |
| 91 |
| 92 |
| 93 |
| 94 |
| 95 |
| 96 |
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