DE3409292C2

DE3409292C2 - Feststoffvergasungsheizkessel

Info

Publication number: DE3409292C2
Application number: DE3409292A
Authority: DE
Inventors: Manfred 4440 Rheine Köpke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-03-14
Filing date: 1984-03-14
Publication date: 1986-07-31
Also published as: DE3409292A1; DE3560603D1; EP0155607B1; WO1985004236A1; EP0155607A1; ATE29574T1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Feststoffvergasungsheizkessel mit einem Füllschacht und einem oberhalb eines Rostes angeordneten Vergasungsraum, wobei unterhalb des den Vergasungs- und/oder Reaktionsraum nach unten begrenzenden Rostes eine Brennkammer angeordnet ist, die mit einem Flammrohr ausgerüstet ist. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Betreiben eines Feststoffvergasungsheizkessels, wobei der Feststoffvergasungsheizkessel derart mit Unterdruck betrieben wird, daß im unteren Bereich der Brennkammer ein niedrigerer Druck als im oberen Bereich des Heizkessels, d. h. der Reaktionskammer oder des Füllschachtes, herrscht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Feststoffvergasungsheizkessel gemäß dem Oberbegriff des Hauptan-Spruches.

Ein gattungsbildender Kessel ist aus dem Prospekt der Kernforschungsanlage Jülich GmbH (verteilt auf der Hannover-Messe 1983) bekannt. Bei diesem bekannten Kessel erfolgt die Verbrennung und damit die Wärmegewinnung der durch die Vergasung von unterschiedlichen Feststoffen gewonnenen Gase im wesentlichen außerhalb des Kessels. Verdichten sich die eingefüllten, zu vergasenden Materialien aufgrund ihrer unterschiedlichen Zusammensetzung und Beschaffenheit oberhalb des Rostes oder kommt es zu einer unkontinuierlichen Vergasung der Materialien, kann im oberen Teil des Kessels ein Überdruck und dadurch Druckschwankungen entstehen, was zu Verpuffungen und Explosionen führen kann.

Aus dem DE-GM 79 19 301 ist ein Verbrennungsofen bekanntgeworden, bei welchem der Durchlaß zwischen einem Füllschacht und einer Brennkammer mit einer Zündschleuse ausgerüstet ist. Bei dieser bekannten Anordnung wird angestrebt, daß keine unverbrannten Materialien enthaltenden Schwelgase in die Rauchgaskammer und die Rauchgaszüge gelangen. Bei dieser bekannten Anordnung wird zusätzlich ein Schwelgaskanal vorgesehen, der den Füllraum mit der Unterseite des Rostes verbindet, wobei in den Schwelgaskanal Frischluft eingeführt werden kann. Bei einem solchen Verbrennungsofen sind keine Verpuffungen zu befürchten, da im Rostbereich eine möglichst vollständige und offene Ver

brennung der Feststoffe erfolgt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsbildenden Feststoffvergasungsheizkessel so zu verbessern, daß er unabhängig vom eingefüllten Brennmaterial sicherstellt, daß Verpuffungen und Explosionen ausgeschaltet sind, der zu einer hohen Wärmeausbeute führt und mit dem unmittelbar Wärme erzeugt werden kann.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen erläutert

So erfolgt durch die Zuführung von Frischluft in den oberen Bereich des Reaktionsraumes eine Sauerstoffanreicherung der dort vorhandenen Gase, ohne daß eine Verbrennung derselben erfolgen kann. Aufgrund des bestehenden Druckunterschiedes zwischen dem Füllschacht und der Brennkammer und aufgrund der Verbindung des Füllschachtes mit der Brennkammer über das Druckausgleichsrohr werden diese sauerstoffangereicherten Gase unmittelbar in die Brennkammer gesaugt und hier verbrannt Hierdurch erfolgt eine vollständige Verbrennung der Gase in der Brennkammer bereits im oberen Bereich derselben im wesentlichen unmittelbar unterhalb des Rostes.

Aus der US-PS 43 06 506 ist zwar ein Gaserzeuger bekannt, bei welchem das aus dem Ofen abgezogene Gas über einen Reiniger und Kühler einer Verbrennung zugeführt wird. In der Oxydationszone des Gaserzeugers ist dabei eine Luftzuführung vorgesehen, an die eine im oberen Teil des Füllschachtes mündende Leitung anschließt durch die aus dem oberen Teil des Füllschachtes Gase in die Oxydationszone zurückgeführt werden können. Hierdurch soll eine Rückführung von sich im oberen Teil des Füllraumes ansammelnder Luft und Gase in das Reaktorsystem erreicht werden. Eine Verbindung zwischen der Oxydationszone und der Reduktionszone ist hier nicht vorgesehen.

Mit dem erfindungsgemäßen Feststoffvergasungsheizkessel können Kohle, Torf und sonstige brennbare Stoffe verarbeitet werden und gleichzeitig Müll oder sonstige Reststoffe verbrannt werden. Diese unterschiedlichen Heizstoffe können gleichzeitig vergast und verbrannt werden und können unsortiert in den Ofen eingefüllt werden. Das gewonnene Brenngas ist von hoher Brennqualität und hat je nach vergasten Stoffen keinen oder nur einen geringen Anteil von ölen oder Teeren in den Abgasen. Durch die Vergasung der unterschiedlichen Brennstoffe und das darauf folgende Verbrennen des entstandenen Gases erfolgt ein Ausbrand der Werkstoffe bis zu 99%. Hierdurch wird eine besonders hohe Energiegewinnung erreicht. Außerdem fällt nur in außergewöhnlich geringem Maße Asche an, wobei es sich um eine ungeschmolzene sterile Asche in mehligem Zustand handelt. Die Asche kann aus dem Ofen sofort einem entsprechenden Sammelbehälter zugeführt werden. Durch die Kurzschlußverbindung zwischen Füllschacht und Brennkammer wird bei entstehenden Überdrücken im Füllschacht automatisch ein Druckausgleich, erreicht, der Verpuff ungen und Explosionen des Kessels verhindert.

Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen zeigen dabei in

F i g. 1 schematisch einen Feststoffvergasungsheizkessel, in

F i g. 2 eine Schnittzeichnung durch einen Kessel und in

Fig.3 eine Schnittzeichnung in Längsachse des Flammrohres gesehen.

In F i g. 1 ist mit t ein Füllschacht eines Feststoffvergasungsheizkessels bezeichnet An diesen Füllschacht schließt sich nach unten ein Reaktions- bzw. Vergasungsraum 2 an, der durch einen Schwenkrost 3 nach unten hin begrenzt ist. Unterhalb des Schwenkrostes 3 ist eine Brennkammer 4 angeordnet, die nach unten hin durch einen Ascheabzug 5 abgegrenzt ist.

Innerhalb der Brennkammer 4 ist ein Flammrohr 6 vorgesehen, dessen Gaseintritt 7 außermittig zur Brennkammer 4 angeordnet ist, so daß die durch den Schwenkrost 3 nach unten hin austretenden Brenngase gezwungen sind, außermittig in das Flammrohr einzutreten, wobei sie dabei an einem innerhalb eines Rohr-Stutzens 8 angeordneten Stützbrenner 9 vorbeifließen müssen, der zur Zündung der im Flammrohr 6 zu verbrennenden Gase bestimmt ist

Der Rohrstutzen 8 wird nach außen hin durch eine Explosionsklappe 10 mit Zugbegrenzer abgeschlossen.

Bei 11 ist ein Gebläse dargestellt, das über eine Luftleitung 12 in den unteren Bereich der Brennkammer 4 mündet, über eine weitere Luftzuleitung 14 in den Schwenkrost 3 führt und über eine dritte Luftleitung 15 in den oberen Bereich des Reaktionsraumes 2 mündet, und zwar unterhalb des Füllschachtes 1, und in diesen drei Bereichen zur Zuführung von sauerstoffreicher Frischluft sorgt.

Bei 16 ist ein Druckausgleichsrohr dargestellt das aus dem Füllschacht 1 bis in den Reaktionsraum 2 führt und über eine Bypassleitung 16a in die Brennkammer 4.

Oberhalb des Schwenkrostes 3 mündet in den Reaktionsraum 2 ein Zündbrenner 17, der ebenfalls in einem entsprechenden Rohrstutzen 18 angeordnet ist.

Aus der Darstellung in F i g. 3 ist erkennbar, daß der Schwenkrost 3 eine Breite aufweist, die größer als die lichte Breite des Reaktionsraumes 2 ist. Hierbei reicht der Schwenkrost 3 über die ganze Länge des.Heizkessels und besitzt in den Bereichen, in dem er unterhalb der vorkragenden Wandteile 19 und 20 des Reaktionsraumes 2 liegt, über die Schwenkrostebene nach oben vorstehende Aufkantungen 21, die verhindern, daß unvergastes Brenngut aus der Reaktionskammer 2 in den Brennraum 4 gelangen kann.

Die Wandung des Feststoffvergasungsheizkessels kann einen Wärmetauscher 22 aufnehmen, beispielsweise den Wärmetauscher einer Warmwasserheizung.

Der vorbeschriebene Feststoffvergasungsheizkessel arbeitet in der Brennkammer 4 und im Flammrohr 6 mit einem Unterdruck, der bis zum Füllschacht 1 reicht. Je nach der Art der zu vergasenden Feststoffe und je nach Gasentwicklung nimmt der Unterdruck im Füllschacht 1 und im Reaktionsraum 2 ab und kann bis zum Nullpunkt kommen, je nachdem wie die Druckregelanlage eingestellt ist.

Der natürliche Kaminzug oder ein eingebauter, in der Zeichnung nicht dargestellter Rauchgasventilator sorgen für den Unterdruck im Feststoffvergasungsheizkessel. Dieser Unterdruck wird bei Inbetriebnahme des Kessels durch eine Druckregelanlage gewährleistet, so daß kein Überdruck durch zuviel produziertes Gas entstehen kann. Die Druckregelanlage steuert die Luftzufuhr zum Heizkessel. Entsteht ein größerer Gasanfall im Reaktionsraum 2 und im Füllschacht 1, wodurch der Unterdruck abnehmen würde, wird die Luftzufuhr sofort gemindert oder ganz geschlossen. Dies kann über eine gesonderte Regelanlage erfolgen oder durch entsprechende Steuerung des Gebläses 11.

Das vom Füllschacht 1 in den Reaktionsraum 2 bzw. in die Brennkammer 4 führende Druckausgleichsrohr 16 kann innerhalb oder außerhalb des Kessels angeordnet sein und sorgt für einen stets gleichbleibenden Druck innerhalb des Kessels.

Das Flammrohr 6 ist wie bereits vorbeschrieben, so angeordnet, daß der Gaseintritt 7 bewirkt, daß die nach unten durch den Schwenkrost 3 austretenden Gase einen weiteren Weg zum Auslaß durchlaufen müssen und somit an dem Stützbrenner 9 vorbeigeführt werden. Hierdurch werden die Gase im Brennraum 4 verbrannt und im Flammrohr 6 restlos ausgebrannt.

An das Flammrohr 6 kann sich zusätzlich ein Wärmetauscher anschließen, so daß die im Flammrohr 6 ausgebrannten Gase, die eine Temperatur zwischen 500 und 800⁰C aufweisen können, im Wärmetauscher gekühlt werden können und dann mit einer niedrigen Abgastemperatur von ca. 100° durch den Kamin abgeführt werden.

Das Flammrohr 6 selbst ist aus einem hitzebeständigem Werkstoff, beispielsweise Edelstahl oder einer Quarzschmelze, wobei dieser Werkstoff rotglühend wird und somit für eine bessere Verbrennung im Flammrohr 6 und in der Brennkammer 4 sorgt Die Form des Flammrohres 6 ist unerheblich. Die Anordnung einer Explosionsklappe 10 mit Zugbegrenzer hat die Aufgabe, djß bei Verpuffungen innerhalb des Kessels diese sofort ausgeglichen werden können. Der Zugbegrenzer schließt sich, sobald das Gebläse 11 in Betrieb ist. Wenn sich das Gebläse 11 ausstellt oder die Luftzufuhr ganz oder teilweise geschlossen ist, tritt der Zugbegrenzer 10 in Betrieb und regelt den Luftzug im Brennrohr 6, so daß der Feststoffvergasungsheizkessel im Reaktionsraum 2 und in der Brennkammer 4 nicht auskühlt.

Der Antrieb des Schwenkrostes 3 erfolgt mit einer Schubsicherung, die die Aufgabe hat, die Kraft des Motors aufzufangen, wenn sich Materialien im Reaktionsraum 2 verklemmen oder verkanten, so daß sich der Schwenkrost 3 nicht frei bewegen kann.

Der Betrieb des Feststoffvergasungsheizkessel ist wie folgt:

Der Feststoffvergasungsheizkessel kann mit Reststoffen aller Art, wie Holz, Papier, Gummi, Leder, Kunststoffe usw., aber auch mit Steinkohle, Braunkohle und Torf betrieben werden. Der Einfüllung der Brennmaterialien in den Füllschacht 1 ist vorzugsweise eine Zerkleinerungsvorrichtung vorgeschaltet, beispielsweise ein Rotationsschneidbrecher.

Die Einfüllung der so vorbereiteten Brennmaterialien erfolgt in den Füllschacht 1. Im Reaktionsraum 2 werden diese Stoffe über dem Schwenkrost 3 gezündet und bis zu 1000° C beheizt, wodurch die Vergasung entsteht und sich ein Brenngas entwickelt, welches von hoher Brenngasqualität ist und je nach verbrannten Reststoffen kein oder nur kaum Anfall von ölen und Teeren hat. Dieses Brenngas wird durch einen Unterdruck in der unteren Brennkammer 4, durch das Druckausgleichsrohr 16 und durch den Rost 3 hindurch nach unten gesaugt, über den Zündbrenner 17 gezündet und dann in der Brennkammer 4 und im Flammrohr 6 weiter verbrannt.

Die ausgebrannten Abgase weisen eine Temperatur zwischen 500 und 800° C auf und können dann durch einen Wärmetauscher zur Gewinnung der Restenergie und durch den Kamin abgeführt werden, wobei dann eine Abgastemperatur im Kamin von etwa 100° C herrscht.

Grundsätzlich sei darauf hingewiesen, daß die Feststoffe auch mit brennbaren Flüssigkeiten versetzt werden können, wobei mit dem Vergasungsheizkessel z. B. das problemlose Verbrennen von Altöl möglich ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Feststoffvergasungsheizkessel mit einem oberhalb eines beweglichen Rostes (3) angeordneten Füllschacht (1), einem sich an den Füllschacht (1) oberhalb des Rostes (3) anschließenden Reaktionsraum (2), einer unterhalb des Rostes (3) angeordneten Brennkammer (4) und einem innerhalb der Brennkammer (4) angeordneten, mit einem Stützbrenner (9) ausgerüsteten Flammrohr (6) sowie eine von einem Gebläse (11) beschickte Luftzuleitung (14) im Bereich des Rostes (3), gekennzeichnet durch ein Druckausgleichsrohr (16) zur Verbindung des Füllschachtes (1) mit dem unteren Bereich des Reaktionsraumes (2) im Bereich des Glutbettes oberhalb des Rostes (3), wobei dieses Druckausgleichsrohr (16) eine Bypassleitung (16a,) zur Verbindung zur Brennkammer (4) aufweist

2. Feststoffvergasungsheizkessel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch weitere Luftleitungen (12,15), die im unteren Bereich unterhalb des Flammrohres

(6) der Brennkammer (4) und in den oberen Bereich des Reaktionsraumes (2) münden.

3. Feststoffvergasungsheizkessel nach Anspruch 1, bei welchem das Flammrohr (6) einen zur Brennkammer (4) offenen Gaseintritt (7) aufweist, in den die Flamme des Stützbrenners (9) mündet, der innerhalb eines Rohrstutzens (8) des Flammrohres (6) liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaseintritt

(7) außermittig zur Brennkammer (4) im Bereich der Wandung des Heizkessels angeordnet und zur Außenseite hin mit einer Explosionsklappe (10) mit Zugbegrenzer ausgerüstet ist.

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