DE3543424A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von gas - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einerseits ein Verfahren zur Erzeugung von bevorzugt in Feuerungsanlagen nutzbarem Gas aus insbesondere problematischem Vergasungsgut, wie z. B. Hähnchenkot oder tropische Harthölzer, gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.

Andererseits richtet sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Erzeugung von bevorzugt in Feuerungsanlagen nutzbarem Gas aus insbesondere problematischem Vergasungsgut, wie z. B. Hähnchenkot oder tropische Harthölzer, gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 5.

Zum Stand der Technik zählen sowohl nach dem Gegenstromprinzip als auch nach dem Gleichstromprinzip wirksame Festbettvergaser. Beide Vergaserbauarten haben sich im Prinzip bewährt. Indessen hat es sich gezeigt, daß sie dann an ihre Grenzen stoßen, wenn problematisches Vergasungsgut, wie z. B. Hähnchenkot und tropische Harthölzer mit hohem Teer- und Geruchsstoffanteil, vergast werden soll. Dann stellt die kondensatreiche Gasbildung und die Abkühlung des Gases an dem im oberen Bereich des Vergasungsraums befindlichen Vergasungsgut ein bislang nicht zu überwindendes Problem dar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, sowohl ein Verfahren als auch eine Vorrichtung aufzuzeigen, mit denen es möglich ist, problematisches Vergasungsgut nicht nur vollständig, sondern unter Vermeidung jeglicher Geruchsbelastung auch umweltfreundlich zu vergasen und zu verbrennen.

Was die Lösung des verfahrensmäßigen Teils dieser Aufgabe anlangt, so besteht diese in den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.

Hierbei ist es zunächst von Bedeutung, daß sich die sehr heißen, aus der Verbrennungszone und der Vergasungszone des Reaktors stammenden niedrig-kalorigen Gase, insbesondere jedoch CO, das sich an dem aus dem Vergasungsgut entstandenen Koks bildet, in einer etwa 450 bis 550°C heißen Zone mit den hier vornehmlich gebildeten stark teerhaltigen und deshalb hoch-kalorigen Schwelgasen mischen können und noch im mittleren Höhenbereich aus dem Vergasungsraum abgezogen werden. Folglich können sich diese Prozeßgase nicht mehr an dem im oberen Bereich des Vergasungsraums befindlichen und hier trocknenden Vergasungsgut abkühlen und sich mit dessen Wasser anreichern. Dadurch, daß das noch kondensatreiche Prozeßgas heiß abgezogen und entlang von äußeren Wandabschnitten der heißesten Reaktorzonen nach unten in eine Brennkammer geführt wird, kann es sich noch intensiver mischen, ohne daß es einen Wärmeverlust erleidet. Vielmehr wird es weiter aufgeheizt.

Nachdem das heiße Prozeßgas die äußeren Wandabschnitte der heißesten Reaktorzonen passiert hat, gelangt es in eine Brennkammer, wo es bei Temperaturen von etwa 400°C teilverbrannt wird. In dem sich an die Brennkammer anschließenden Flammenkanal werden dann die teerigen und öligen Bestandteile des Prozeßgases bei Temperaturen von 950°C und höher zu nicht mehr kondensierbaren niedermolekularen Verbindungen, in der Hauptsache Gase, aufgecrackt. Dieses Gas besteht hauptsächlich aus den Bestandteilen CO₂, CO, H₂, CH₄ und N₂. Je nach Zusammensetzung des Vergasungsguts liegt hierbei der untere Heizwert des Gases zwischen 950 und 1150 kcal/Nm³. Am Ende des Flammenkanals steht somit stets ein ausgebranntes geruchloses Rauchgas mit Temperaturen über 1000°C zur Verfügung.

Das erfindungsgemäße Verfahren stellt also durch ein Dreistufensystem der Gasverbrennung mit zunehmenden Temperaturen bis zu etwa 1200°C sicher (- Führung des Prozeßgases entlang der heißesten Reaktorzonen - Brennkammer - Flammenkanal -), daß auch bei extrem problematischen Brennstoffen, wie beispielsweise Hähnchenkot oder tropische Harthölzer mit hohem Teer- und Geruchsstoffanteil, stets nur vollständig ausgebrannte Rauchgase erzeugt werden, welche frei von Geruchsstoffen und unverbrannten Gasen bzw. Kohlenwasserstoffen sowie anderen Schadstoffen sind.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 2 wird ein stabiler Temperaturverlauf und Druckaufbau im Reaktor sowie ein reibunsloser Vergasungsbetrieb gewährleistet. Dabei ist die Anzahl der für das Temperaturprofil im Vergasungsraum maßgebenden Meßstellen bestimmend für die Genauigkeit des Prozesses. Sinkt z. B. der Füllstand im Vergasungsraum ständig ab und erreicht der Füllstand z. B. die Trocknungszone, so steigen im oberen Bereich des Vergasungsraums die Temperaturen zwangsläufig an. Gleichzeitig verschieben sich aber auch die Grenzhorizonte der darunterliegenden Temperaturzonen nach oben. Anhand dieser Temperaturänderungen ist es dann möglich, nicht nur die jeweils nachzufüllende Brennstoffmenge zu bestimmen, sondern auch den Zeittakt für den Einfüllrhytmus des Vergasungsguts in den Reaktor einzustellen.

Selbstverständlich erlaubt es das erfindungsgemäße Verfahren, grundsätzlich in allen Reaktorzonen ständig Temperaturmessungen durchzuführen. Für eine ausreichende Überwachung des Vergasungsbetriebs sowie für eine laufende Füllstandsbeobachtung ist es jedoch unter Einsatz sinnvoller Meßtechnik und mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand lediglich erforderlich, in der Verbrennungszone, in der Entgasungszone sowie im Grenzbereich von Trocknungs- und Vorwärmzone Messungen durchzuführen und anhand der veränderten Temperaturanzeigen unter Berücksichtigung bestimmter vorgegebener Grenzwerte und deren direkte Abhängigkeit vom Füllungsgrad des Vergasungsraums Menge und Einfüllrhythmus des Vergasungsguts zu regulieren.

Die Beschickung des Vergasungsraums entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 3 führt nicht nur zu einer Vergleichmäßigung des Vergaserbetriebs, sondern erhöht auch die Betriebssicherheit. Durch die gegenseitige Verriegelung ist gewährleistet, daß niemals beide Verschlüsse gleichzeitig geöffnet werden können. Somit kann auch nicht unkontrolliert Gas austreten. Auch können keine durch unkontrollierten Gasaustritt resultierenden Druckverluste im Reaktor entstehen oder Luftsauerstoff auf falschem Wege in den Vergasungsraum gelangen. Sollten dennoch während des Beschickungsvorgangs Gase in die Beschickungsschleuse eindringen, so können diese problemlos abgesaugt bzw. abgeschnüffelt und insbesondere dem Flammenkanal zugeführt werden.

Der Vergasungsraum kann kontinuierlich beschickt werden. Im Hinblick auf den geringen spezifischen Verbrauch an Vergasungsgut je Zeiteinheit und der sich hieraus ergebenden vergleichsweise geringen Einfüllmengen ist es jedoch in den meisten Fällen zweckmäßig, den Vergasungsraum diskontinuierlich oder quasi-kontinuierlich in mehr oder weniger langen Zeittakten und mit entsprechenden größeren Brennstoffmengen durchzuführen. Dies kann beispielsweise mit Hilfe von Containern erfolgen, in denen das Vergasungsgut eingelagert ist.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welchem zur Erzeugung von Heiz- und/oder Prozeßwärme die Rauchgase aus dem Flammenkanal in einen Bestandteil einer Heizungsanlage bildenden Heizkessel mit nachgeschaltetem Saugzugventilator überführt werden, kennzeichnet sich in den Merkmalen des Anspruchs 4.

Die Temperaturen entlang des Behandlungswegs des Produktionsgases, insbesondere aber in der Brennkammer sowie im Flammenkanal, werden durch eine geregelte Zuführung von Luftsauerstoff mit Hilfe der über die Länge des Flammenkanals sowie in der Brennkammer verteilten Luftzuführungen gesteuert. Hierzu wird der Saugzugventilator herangezogen. Der jeweilige Heizenergiebedarf des Kessels und die dazu erforderliche Brenngasmenge wird dadurch über den Saugzugventilator gesteuert, daß dieser unmittelbar auf die Luftzuführung unterhalb des Reaktorrosts einwirkt und durch Querschnittsveränderung diese Luftzufuhr entsprechend dem Heizwärme- bzw. Brenngasbedarf der Heizungsanlage einstellt.

Bei Inbetriebnahme des vollständig befüllten und noch im Glutbett befindlichen Vergasungsraums wird zunächst der Saugzugventilator eingeschaltet. Danach kann insbesondere am heizkesselseitigen Ende des Flammenkanals ein Brenner in Betrieb gesetzt werden, welcher sowohl den Flammenkanal als auch die Brennkammer auf die für den angestrebt vollständigen Verbrennungsprozeß notwendige Temperatur aufheizt und hierdurch sicherstellt, daß das vom Saugzugventilator angesaugte Prozeßgas unmittelbar nach seinem Eintritt in den Flammenkanal gezündet wird.

Sobald die Temperatur am kesselseitigen Ende des Flammenkanals den festgelegten unteren Grenzwert von etwa 800°C überschreitet, kann der zusätzliche Brenner ausgeschaltet werden, da nunmehr ein autothermer Vergasungsbetrieb abläuft. Der Flammenkanal wird durch die Flamme des in ihm verbrennenden Prozeßgases durchgehend auf einer Temperatur von über 1000°C gehalten. Diese Temperaturhöhe stellt sicher, daß alle im Vergasungsraum erzeugten gasförmigen Produkte - insbesondere aber die ursprünglich vorhandenen kondensierbaren Crackprodukte der Vergasung - in nicht kondensierbare Gase umgesetzt und vor Eintritt in den Heizkessel vollständig verbrannt werden.

Ist nach kurzzeitigen Vergaserstillständen, z. B. an Wochenenden, im Vergasungsraum noch Restglut vorhanden, so gewährleistet der Saugzugventilator nach seiner Inbetriebnahme, daß diese Restglut angefacht wird, um als Glutzone für den weiteren Vergasungsprozeß des darüberliegenden Vergasungsguts zu dienen.

Ist ein Kaltstart erforderlich, so ist es zweckmäßig und auch ausreichend, wenn während des Aufheizvorgangs von Flammenkanal und Brennkammer leicht entzündbares Material, beispielsweise Holz, in den Vergasungsraum eingebracht und verbrannt wird, um ein Basisglutbett zu erzeugen. Auch dieses Basisglutbett dient dann als Glutzone für den Vergasungsprozeß nach dem Anlaufen des Saugzugventilators.

Der Zündvorgang im Flammenkanal kann bei Bedarf durch einen Rauchgasthermostaten überwacht werden. Sollte sich nämlich wegen Gasmangel bzw. aufgrund Ausfall des Zündbrenners keine Verbrennung einstellen, sinkt die Rauchgastemperatur schnell ab. Dadurch spricht der Rauchgasthermostat an und schaltet die gesamte Anlage auf Störung.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung von Rauchgas in Verbindung mit einer direkt gekoppelten Heizungsanlage erlaubt es, nicht nur verschiedenartige stückige, insbesondere aber problematische, Brennstoffe wechselweise oder gleichzeitig verwenden zu können, sondern schafft auch die Vorraussetzungen dafür, daß der Reaktor auf alle geplanten und nicht geplanten Betriebsunterbrechungen, z. B. Wochenend- Betriebsstillstände, selbständig flexibel reagiert. Die automatische Betriebsweise des Festbettvergasers mit der an diesen gekoppelten Heizungsanlage gestattet es, auch das an sich träge Festbettvergasersystem als integrierten Bestandteil der Heizungsanlage auf die gleiche bequeme Weise wie eine öl- oder gasbefeuerte Heizung betreiben zu können.

Die Lösung des gegenständlichen Teils der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wird in den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 5 aufgeführten Merkmalen gesehen.

Danach sind im zentralen Höhenbereich des Vergasungsraums, also in der Entgasungszone mit einer Temperatur von etwa 450 bis 550°C Öffnungen in der Wand des Vergasungsraums vorhanden, die diesen mit einem kanalartigen Erhitzungsabschnitt verbinden. Dieser Erhitzungsabschnitt erstreckt sich entlang der heißesten Reaktorzonen, d. h. der Vergasungs- und Verbrennungszonen mit Temperaturen von etwa 900 bis 1000°C bis etwa in Höhe des Reaktorrosts, wo Temperaturen von etwa 1200°C herrschen. Aus dem Vergasungsraum austretendes Prozeßgas erfährt folglich beim Vorbeistreichen an den Wänden der heißesten Reaktorzonen keinen Wärmeverlust, sondern wird vielmehr weiter erhitzt.

Im unteren Höhenbereich des Erhitzungsabschnitts, etwa den Vergasungs- und Verbrennungszonen gegenüberliegend, tritt das Prozeßgas über eine Düsenwand in einen Brennraum über, welcher dem Flammenkanal vorgelagert ist. In der Brennkammer wird das Prozeßgas zumindest teilweise unterstöchiometrisch verbrannt, während es in dem sich anschließenden Flammenkanal vollständig verbrannt und in geruchloses Rauchgas umgesetzt wird. Die Temperaturen steigen dabei ausgehend von der Düsenwand von etwa 400°C bis zum Ende des Flammenkanals auf etwa 1200°C und mehr an. Die Länge des Flammenkanals ist abhängig von der Zusammensetzung des zu vergasenden Brennstoffs und der Zusammensetzung der dabei erzeugbaren Brenngase. Kondensatreiche Brennstoffe, wie z. B. Hähnchenkot und tropische Harthölzer mit hohem Teer- und Geruchsstoffanteil erfordern eine längere Verweilzeit der zu crackenden und in vollständig ausgebrannte Rauchgase umzuwandelnden Prozeßgase. Dies gilt insbesondere für den Aufenthalt der Gase in der zwischen 900°C und 1100°C heißen Zone des Flammenkanals. Die Temperaturen im Flammenkanal werden durch geregelte Zuführung von Luftsauerstoff gesteuert.

Nach Anspruch 6 ist der Flammenkanal bevorzugt in einem keramischen Feuerfestmaterial ausgebildet und an den Heizkessel einer Heizungsanlage zur Erzeugung von Heiz- und/oder Prozeßwärme angeschlossen. Das vollständig ausgebrannte und geruchslose Rauchgas kann daher in besonders umweltfreundlicher Weise im Heizkessel der Heizungsanlage zur Erzeugung von Heiz- und/oder Prozeßwärme genutzt werden. Der hinter dem Heizkessel angeordnete Saugzugventilator (Rauchgasgebläse) bildet hierbei das Steuerglied für die Temperaturführung, insbesondere im Flammenkanal. Die Regelung des Saugzuggebläses erfolgt entsprechend dem Wärmebedarf der Heizungsanlage und wird entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 7 mit der Temperaturüberwachung im Vorlauf der Heizungsanlage schaltungstechnisch gekoppelt. Dabei wird sichergestellt, daß über die Regelung der Luftzuführung am Reaktorrost stets exakt so viel Rauchgas am Heizkessel bereitgestellt wird, wie es die Heizungsanlage abfordert.

Die regelbaren Luftzuführungen im Flammenkanal sind über dessen Länge verteilt angeordnet (Anspruch 8). Hierbei kann es sich um schiebergesteuerte Luftansaugstutzen handeln. Dazu ist es zweckmäßig, daß in der Brennkammer sowie am Anfang, in der Mitte und am Ende des Flammenkanals Luftzuführstellen vorgesehen sind, welche sicherstellen, daß nur vollständig ausgebrannte und über 1000°C heiße Rauchgase in den Heizkessel der Heizungsanlage gelangen und daß dem in den Flammenkanal eingeführten Prozeßgas so viel Frischluft zugemischt wird, daß immer eine saubere Sekundärverbrennung gewährleistet ist.

Der Zündbrenner gemäß Anspruch 9 erlaubt es bei Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Vorrichtung, den Flammenkanal und die Brennkammer durch Zündung der Prozeßgase auf eine Temperatur zu bringen, welche gewährleistet, daß nach dem Ausschalten des Zündbrenners der Vergasungsbetrieb autotherm abläuft. Nach dem Abschalten des Zündbrenners, d. h. also wenn die Temperatur im Flammenkanal die Zündtemperatur des Prozeßgases von über 800°C überschritten hat, bewirkt ein durch den Saugzugventilator hervorgerufener stetiger geringer Druck, daß auch beim Übergang von der Anfahrphase auf den autothermen Vergasungsbetrieb keine Prozeßgase unverbrannt entweichen können. Bei dem atmosphärisch selbst ansaugenden Zündbrenner kann es sich um einen kleinen Propansteckbrenner handeln. Er ist mit einer Flammenüberwachung ausgerüstet und geschützt in den keramischen Flammenkanal eingebaut.

Die Schlitze nach Anspruch 10 sind so im Höhenbereich der Entgasungszone angeordnet, daß das Prozeßgas, welches sich aus dem aus der Verbrennungszone und der Vergasungszone stammenden sehr heißen niedrig-kalorigen Gas und dem sich vornehmlich in der Entgasungszone bildenden stark teerhaltigen und darum hoch-kalorigen Schwelgas zusammensetzt, erst nach genügender Mischung aus dem Vergasungsraum abgezogen wird. Auf jeden Fall wird aber hierdurch vermieden, daß sich das Prozeßgas an dem trocknenden Vergasungsgut im oberen Bereich des Vergasungsraums abkühlen und sich mit Wasser anreichern kann. Die schirmartigen Abdeckungen verhindern, daß die Schlitze durch die im Vergasungsraum nach unten rutschenden Massen des Vergasungsguts verstopft werden.

Die bauliche Gestaltung des Reaktors kann auf verschiedene Weise verwirklicht werden. Eine vorteilhafte Ausführungform besteht in den Merkmalen des Anspruchs 11. Danach ist der Vergasungsraum innerhalb eines sich zwischen dem Reaktorrost und der kopfseitigen Beschickung erstreckenden Zylinder aus einem hochhitzebeständigen Stahl angeordnet. Der übrige Baukörper umfangsseitig des Reaktorzylinders kann ebenfalls aus einem hochhitzebeständigen Stahl sowie einer äußeren Wärmeisolationsschicht aus weichen keramischen Materialien zusätzlich einer Außenschutzhaut gegen insbesondere Feuchtigkeitseinflüsse bestehen. Bei der Wahl einer solchen Bauart unter ausschließlicher Verwendung von hochhitzebeständigem Stahl und leichtem Wärmedämmaterial wird der Vorteil einer leicht zu mobilisierenden bzw. zu containerisierenden Vergasungsanlage erzielt.

Nach Anspruch 12 ist es aber auch möglich, einen stählernen Reaktorzylinder in ein Feuerfestmaterial einzubetten, das gemauert oder gegossen sein kann. In diesem Fall wird das Feuerfestmaterial zweckmäßig von einem Mantel aus Normalstahl umschlossen.

Eine dritte Ausführungsform besteht gemäß den Merkmalen des Anspruchs 13 aus einem Baukörper ausschließlich aus gemauertem oder gegossenem keramischen Feuerfestmaterial, in das der Vergasungsraum sowie auch der sich parallel zu dem Vergasungsraum zwischen etwa der Entgasungszone und dem Reaktorrost erstreckende kanalartige Erhitzungsabschnitt unmittelbar eingebettet sind.

Die Beschickungsschleuse am Kopfende des Vergasungsraums (Anspruch 14) hat die Aufgabe, den Vergasungsraum in allen Betriebszuständen von der Atmosphäre zu trennen. Dadurch, daß die Verschlüsse gegeneinander verriegelt sind, kann niemals unkontrolliert Gas austreten und es können auch keine Druckverluste im Vergasungssystem entstehen. Ferner kann Luftsauerstoff keinen falschen Zugang zum Vergasungsraum erhalten. Evtl. dennoch in die Beschickungsschleuse eingedrungene Gase können hingegen leicht abgesaugt oder abgeschnüffelt und insbesondere dem Flammenkanal zugeführt werden.

Die beiden Verschlüsse der Beschickungsschleuse werden nach Anspruch 15 durch einen insbesondere motorisch verlagerbaren Schieber und durch mindestens eine bevorzugt von Hand schwenkbare Klappe gebildet. Hierbei wird aus Sicherheitsgründen dafür Sorge getragen, daß die die Beschickungsschleuse von der Atmosphäre trennende Klappe relativ schnell, der die Beschickungsschleuse vom Vergasungsraum trennende Schieber hingegen nur vergleichsweise langsam geöffnet werden kann.

Entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 16 sind in bestimmten Höhenbereichen der Wand des Vergasungsraums Thermoelemente vorgesehen. Über diese Thermoelemente ist es in Abhängigkeit von bestimmten vorgegebenen Grenzwerten und deren direkte Beziehung zum Füllstandsgrad des Vergasungsraums möglich, nicht nur die jeweils in den Vergasungsraum nachzufüllende Brennstoffmenge bestimmen, sonder auch den Zeittakt für den Einfüllrhytmus des Vergasungsguts genau einstellen zu können. Neben den drei vorgesehenen Meßstellen in der Verbrennungszone, in der Entgasungszone sowie im Grenzbereich von Trocknungszone und Vorwärmzone können bei Bedarf auch noch weitere Meßstellen vorgesehen sein.

Neben der vollständigen und geruchslosen Vergasung von Brennstoffen, d. h. der Umsetzung in Rauchgas, ist es ferner Ziel der Erfindung, daß keine organischen bzw. brennbaren Brennstoffreste mehr in der den Reaktor verlassenden Asche enthalten sind. Darüberhinaus soll die Asche rieselfähig bleiben und nicht schmelzen. Es sollen also Verschlackungen des Reaktors vermieden werden, damit die zur Vergasung benötigte und durch den Reaktorrost geführte Frischluft jederzeit ungehinderten Zutritt zum Vergasungsraum hat. Diese Forderungen sind insbesondere bei der Vergasung von problematischen Brennstoffe, wie z. B. Hähnchenkot, von Bedeutung.

Eine Maßnahme, um diesen Forderungen gerecht zu werden, besteht in den Merkmalen des Anspruchs 17. Der kontinuierliche Austrag der Asche durch eine Rüttelrostkonstruktion aus beweglichen und unbeweglichen Bauteilen wird dadurch erheblich verbessert.

Darüberhinaus kann eine Verbesserung des Ausbrands durch Vergrößerung der Verbrennungs- und Vergasungszone erreicht werden. Hierbei wird nicht nur der Durchströmweg der eingebrachten Luft verlängert, sondern auch der Weg der aus dem entstandenen Koks (z. B. aus Hähnchenkot-Formlingen) erzeugten Prozeßgase durch die in stückiger Form eingebrachten Formlinge. Auf diese Weise kann die kompakte Form der Formlinge relativ lange bei vergleichsmäßiger Koksbildung und/oder Ausbrand und damit verbessertem Vergasungsvorgang aufrechterhalten werden. Versuche haben gezeigt, daß ein einwandfreier Vergasungsbetrieb mit konstanter Leistung selbst dann noch gewährleistet ist, wenn sich ein Asche-Koks-Paket von etwa 100 cm Höhe im Vergasungsraum aufgebaut hat. Wegen der Formerhaltung der Brennstoffrückstände kann nämlich der bislang übliche Ascheschmelzprozeß nicht eintreten. Dabei hat sich auch der Kühleffekt der Frischluft positiv auf das Ascheschmelzverhalten ausgewirkt, da die Temperaturen der Frischluft und des Gasprodukts weit unter dem Ascheschmelzpunkt des eingesetzten Vergasungsguts liegen.

Gemäß Anspruch 18 weist der Rüttelrost sowohl starre als auch begrenzt schwenkbare Roststäbe auf. Hierbei kann es sich um schmale hochkant gestellte Leisten handeln. Die schwenkbaren Roststäbe greifen mit ihren unteren Längskanten alle in z. B. genutete Schienen ein, so daß nach Anspruch 19 die schwenkbaren Roststäbe gemeinsam verlagert werden können. Die Breite der Roststäbe kann etwa 15 bis 20 mm und der Abstand zwischen zwei benachbarten Roststäben etwa 35 bis 40 mm betragen.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 20 wird die Ausbrandsicherheit selbst dann noch verbessert und unkontrollierte Schwelbrände im Aschekasten mit den damit verbundenen Geruchsbelästigungen werden vermieden, wenn wider Erwarten unverbrauchter Brennstoff in den Aschekasten gelangen sollte. Die erfindungsgemäß ausgebildete und von der frischen Zuluft durchströmte Bodenplatte stellt sicher, daß einerseits unverbrauchtes Vergasungsgut vor Verlassen des Aschekastens vollständig ausgebrannt wird und andererseits die dabei erzeugten Gase in kontrollierter Weise zusammen mit der Verbrennungsluft in den Vergasungsraum gelangen. Es besteht für diese Gase keine Möglichkeit, auf anderem Wege das Vergasungssystem zu verlassen.

Um den vollständigen Ascheausbrand zu gewährleisten, sollte darüberhinaus dafür Sorge getragen werden, daß der Ascheaustragstrichter immer hinreichend gefüllt bleibt. Die Asche mit den Brennstoff-Restbestandteilen soll dadurch eine genügend lange Verweilzeit in dem sie durchströmenden Luftsauerstoffstrom haben, bevor sie endgültig abgezogen wird.

Die nach Anspruch 21 in die Luftzufuhr zum Vergasungsraum eingegliederte motorisch schwenkbare Klappe ist unmittelbar mit dem Saugzugventilator gekoppelt. Durch Öffnen bzw. Schließen der Klappe kann die Luftzufuhr entsprechend dem Heizwärme- bzw. Brenngasbedarf der Heizungsanlage durch Drehzahlveränderung des Saugzugventilators eingestellt werden.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 im Schema eine mit einer Heizungsanlage gekoppelte Vorrichtung zur Erzeugung von Rauchgas gemäß einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 ebenfalls im Schema eine weitere Ausführungsform einer derartigen Vorrichtung;

Fig. 3 einen Ausschnitt der Vorrichtung der Fig. 1 mit einem Temperaturprofil des Vergasungsraums;

Fig. 4 einen Ausschnitt der Vorrichtung der Fig. 1 mit einem Temperaturprofil im Flammenkanal zwischen dem Reaktor und der Heizungsanlage;

Fig. 5 in vergrößerter Darstellung im Schema einen Querschnitt durch den Reaktor im Bereich des Reaktorrosts und

Fig. 6 eine Draufsicht auf den Reaktorrost der Fig. 5.

Mit 1 ist in den Fig. 1 und 2 jeweils ein Reaktor zur Erzeugung von in einer Heizungsanlage 2 nutzbarem Gas bezeichnet. Es handelt sich um einen Festbettvergaser für insbesondere problematisches Vergasungsgut, wie z. B. Hähnchenkot in Form von stückigen Formlingen oder tropische Harthölzer, welche einen hohen Teer- und Geruchsstoffanteil aufweisen.

Dem schachtartigen Reaktor 1 ist kopfseitig eine Arbeitsplattform 3 zugeordnet, die mit einem Sicherheitsgeländer 4 versehen und über eine Leiter 5 zugänglich ist. Neben dem Reaktor 1 ist ein Kran 6 angeordnet, mit dessen schwenkbarem Ausleger 7 und dem daran verfahrbaren Hubzug 8 containerisiertes Hähnchenkot als stückige Formlinge dem Reaktor 1 zugeführt werden können.

Zu diesem Zweck ist am Kopfende der Reaktoren 1 der Fig. 1 und 2 eine Beschickungsschleuse 9 vorgesehen, die einen die Beschickungsschleuse 9 zur Atmosphäre hin abschottenden Verschluß 10 und einen die Beschickungsschleuse 9 zum Vergasungsraum 11 des Reaktors 1 abschottenden Verschluß 12 aufweist. Die beiden Verschlüsse 10 und 12 sind gegeneinander verriegelt, so daß immer nur ein Verschluß 10 oder 12 geöffnet werden kann. Der obere Verschluß 10 ist als von Hand schwenkbare Klappe ausgebildet, während der untere Verschluß 12 aus einem motorisch verlagerbaren Schieber besteht.

Bei der Ausführungsform der Fig. 1 umfaßt der Reaktor 1 in der rechten Hälfte (bezogen auf die Mittelachse) einen Zylinder 13 aus einem hochhitzebeständigen Stahl, welcher in einen Baukörper 14 aus keramischem Feuerfestmaterial zur Wärmeisolierung eingebettet ist. Das keramische Feuerfestmaterial 14 kann gemauert oder gegossen sein. Der Reaktoraußenmantel 15 besteht aus Normalstahl.

Wie die linke Hälfte des Reaktors in Fig. 1 erkennen läßt, kann der Reaktorzylinder 13 aus hochhitzebeständigem Stahl aber auch in einen Baukörper 16 aus ebenfalls hochhitzebeständigem Stahl mit einem äußeren Mantel 17 aus weicher Keramik sowie einer insbesondere Feuchtigkeit abweisenden Außenschutzhaut 18 eingebettet sein.

Bei der Ausführungsform der Fig. 2 ist der Vergasungsraum 11 unmittelbar in einen Baukörper 19 aus keramischem Feuerfestmaterial eingeformt. Auch dieser Baukörper 19 kann entweder gemauert oder gegossen sein. Umfangsseitig ist der Baukörper 19 dann von einem Mantel 20 aus Normalstahl umgeben.

Am unteren Ende des Vergasungsraums 11 der Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 ist ein anhand der Fig. 5 und 6 näher erläuterter Reaktorrost 21 vorgesehen. Der Reaktorrost 21 umfaßt parallel im Abstand nebeneinanderliegende hochkant gestellte leistenartige Roststäbe 22, 23, von denen die Roststäbe 22 fest installiert und die Roststäbe 23 um ihre Längsachsen 24 begrenzt schwenkbar sind. Die schwenkbaren Roststäbe 23 greifen mit ihren unteren Längskanten in Nuten 25 eines gemäß dem Doppelpfeil 26 hin und her beweglichen, zwangsgeführten Schiebers 27 mit einem solchen Spiel ein, daß die Roststäbe 23 einem gezielten Rütteleffekt unterworfen werden können.

Die Breite b der Roststäbe 22, 23 beträgt beim Ausführungsbeispiel zwischen 15 und 20 mm, während die Distanz d zwischen zwei benachbarten Roststäben 22 und 23 etwa 35 bis 40 mm beträgt.

Unterhalb des Rüttelrosts 21 befindet sich ein trichterartiger Aschekasten 28, dessen der Luftzuführung 29 zugewandte Bodenplatte 30 als Lochplatte oder als Rost mit geringen Stababständen ausgebildet sein kann. Die Bodenplatte 30 kann zumindest begrenzt schwenkbar angeordnet sein. Die über die mit einer durch den Motor 31 verlagerbaren Klappe 32 versehene Luftzuführung 29 eintretende Luft (siehe auch Fig. 1 und 2) gelangt folglich gemäß den Pfeilen Pf über die Bodenplatte 30 in den Aschekasten 28 und von hier durch den Rüttelrost 21 in den Vergasungsraum 11.

In der Fig. 3 sind die sich im Vergasungsraum 11 während des Vergasungsbetriebs ausbildenden Funktionszonen sowie das Temperaturprofil TPV dieser Funktionszonen näher veranschaulicht. Dabei ist mit A die Rohgutzone mit einer Temperatur bis zu etwa 60°C, mit B die Vorwärmungszone mit einer Temperatur zwischen etwa 60 und 100°C, mit C die Trocknungszone mit einer Temperatur von etwa 100 bis 150°C, mit D die Entgasungszone mit einer Temperatur von etwa 450 bis 550°C, mit E die Vergasungszone mit einer Temperatur von etwa 900 bis 1000°C, mit F die Verbrennungszone mit einer Temperatur über 1200°C und mit G die Aschezone mit einer Temperatur größer etwa 300°C bezeichnet.

Außerdem ist aus der Fig. 3 zu erkennen, daß im Baukörper 14 des Reaktors 1 mehrere Temperaturmeßstellen 33 mit nicht näher veranschaulichten Thermoelementen über die Höhe des Vergasungsraums 11 verteilt vorgesehen sein können. Im praktischen Betrieb genügt es jedoch, wenn in der Verbrennungszone F, in der Entgasungszone D und im Grenzbereich von Trocknungszone C und Vorwärmzone B Temperaturmeßstellen 33 installiert sind. Mit Hilfe der über die Meßstellen 33 angezeigten Temperaturänderungen können dann unter Berücksichtigung bestimmter vorgegebener Grenzwerte und deren direkte Abhängigkeit vom Füllungsgrad des Vergasungsraums 11 sowohl die jeweils nachzufüllende Brennstoffmenge als auch der Zeittakt für deren Einfüllrhytmus bestimmt bzw. eingestellt werden.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen ferner, daß etwa im Höhenbereich der Entgasungszone D in der Wand 35 des Vergasungsraums 11 seitliche, beispielsweise als Schlitze ausgebildete Öffnungen 34 vorgesehen sind, welche den Vergasungsraum 11 mit einem Erhitzungskanal 36 verbinden, der sich entlang der heißesten Reaktorzonen E und F bis etwa in Höhe des Rüttelrosts 21 erstreckt. Die Schlitze 34 sind zur Verhinderung von Verstopfungen mit schirmartigen Abdeckungen 37 versehen. In dem Erhitzungskanal 36 wird das Prozeßgas, welches sich aus dem sehr heißen, aus der Verbrennungszone F und der Vergasungszone E stammenden niedrig-kalorigen Gas und dem sich überwiegend im Bereich der Entgasungszone D bildenden stark teerhaltigen und daher hoch-kalorigen Schwelgas zusammensetzt, entlang der heißen Reaktorzonen E und F geführt und somit sichergestellt, daß dieses kondensatreiche Prozeßgas heiß abgezogen wird und sich beim Vorbeiströmen an den heißen Reaktorzonen E und F weiter erhitzen und mischen kann.

Bei gemeinsamer Betrachtung der Fig. 1 bis 4, insbesondere aber Fig. 4, ist dann erkennbar, daß das Prozeßgas im Höhenbereich der Reaktorzonen E und F über eine Düsenwand 38 mit düsenartigen Verengungen 39 in einen Brennraum 40 übertritt, der noch innerhalb des Baukörpers 14, 17, 19 des Reaktors 1 ausgebildet ist. Der Brennraum 40 besitzt Luftzuführöffnungen 41 und dient somit zur weiteren Aufheizung, insbesondere aber zur Teilverbrennung, des Prozeßgases, bevor dieses in einen Flammenkanal 42 übertritt, der in ein keramisches Feuerfestmaterial 43 eingebettet ist und den Reaktor 1 mit dem Heizkessel 44 der Heizungsanlage 2 zur Erzeugung von Heiz- und/oder Prozeßwärme verbindet.

Wie hierbei die Fig. 4 anhand des Temperaturprofils TPF zeigt, herrschen in dem Flammenkanal 42 Temperaturen zwischen etwa 400 und 1200°C. Aufgrund dieser hohen Prozeßtemperaturen wird sichergestellt, daß das in der Brennkammer 40 zunächst teilverbrannte Prozeßgas vollständig verbrannt, d. h. sämtliche teerigen und öligen Bestandteile des Prozeßgases zu nicht mehr kondensierenden niedermolekularen Verbindungen aufgecrackt werden, die hauptsächlich aus den Bestandteilen CO₂, CO, H₂, CH₄ und N₂ bestehen. Das aus dem Flammenkanal 42 in den Heizkessel 44 eintretende Gas ist geruchloses Rauchgas. Die saubere Sekundärverbrennung im Flammenkanal 42 wird auch dadurch gewährleistet, daß über die Länge des Flammenkanals 42 verteilt angeordnete Luftzuführungen 45 stets eine dosierte Menge Frischluft zugemischt wird.

Um in der Anfahrphase des Reaktors 1 die Temperaturen im Flammenkanal 42, insbesondere an der Einmündung des Flammenkanals 42 in den Heizkessel 44, auf zumindest 800°C zu bringen, ist in diesem Bereich ein atmosphärisch selbstansaugender Zündbrenner 46 mit Flammenüberwachung vorgesehen. Der Zündbrenner 46 kann auf Propangasbasis arbeiten.

In den zum Kamin 48 führenden Abzugkanal 47 der Heizungsanlage 2 ist ein Saugzugventilator 49 eingegliedert. Dieser Saugzugventilator 49 steuert die für den Heizkessel 44 notwendige Rauchgasmenge dadurch, daß er mit dem Motor 31 der Luftzufuhrklappe 32 am Reaktor 1 zusammenwirkt und durch Öffnen bzw. Schließen der Klappe 32 die Luftzufuhr entsprechend dem Heizwärme- bzw. Brenngasbedarf der Heizungsanlage 2 einstellt.

Das notwendige Gas/Luft-Verhältnis wird mithin im wesentlichen über die motorbetriebene Klappe 32 am Vergaserluftstutzen 29 vorgegeben und entsprechend dem Wärmebedarf der Heizungsanlage 2 genau geregelt. Sobald das Rauchgas aus dem Flammenkanal 42 in den Heizkessel 44 eintritt, steigt die Temperatur im Vorlauf 50. Wenn die Vorlauftemperatur einen festgelegten Grenzwert überschreitet, wird der Saugzugventilator 49 abgeschaltet. Dadurch wird auch die Stellung der Klappe 32 an der Luftzufuhr 29 des Vergasungsraums 11 entsprechend verändert.

Claims (21)

1. Verfahren zur Erzeugung von bevorzugt in Feuerungsanlagen nutzbarem Gas aus insbesondere problematischem Vergasungsgut, wie z. B. Hähnchenkot oder tropische Harthölzer, in einem schachtartigen Festbettvergaser mit zumindest diskontinuierlicher kopfseitiger Beschickung des Reaktors mit dem Vergasungsgut, mit Zuführung der Verbrennungsluft über einen bodenseitigen Rost sowie unterer Ascheentnahme und seitlichem Abzug des bei aufsteigender Vergasung durch Schwelung erzeugten Gases, dadurch gekennzeichnet, daß das im Reaktor (1) erzeugte Prozeßgas aus einem mittleren Höhenbereich oberhalb der heißesten Reaktorzonen (E, F) abgezogen, dann an äußeren Wandabschnitten (35) der heißesten Reaktorzonen (E, F) entlang nach unten in eine Brennkammer (40) geführt und in dieser unter Luftzugabe teilverbrannt wird und daß dieses Prozeßgas anschließend in einem Flammenkanal (42) unter weiterer Luftzufuhr bei kontrollierter Crackung und Verbrennung vollständig in Rauchgas umgewandelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die kontinuierliche Temperaturmessung mindestens in der Verbrennungszone (F), in der Entgasungszone (D) sowie im Grenzbereich der Trocknungszone (C) und der Vorwärmzone (B) des Reaktors (1) und durch Vergleich der Meßergebnisse mit von dem Füllungsgrad des Reaktors (1) direkt abhängigen vorgegebenen Grenzwerten die jeweils nachzufüllende Menge an Vergasungsgut sowie der Zeittakt für den Beschickungsrhytmus bestimmt bzw. eingestellt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergasungsgut über eine Beschickungsschleuse (9) mit gegeneinander verriegelten Verschlüssen (10, 12) in den Reaktor (1) eingegeben wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem die Rauchgase zur Erzeugung von Heiz- und/oder Prozeßwärme aus dem Flammenkanal in einen Bestandteil einer Heizungsanlage bildenden Heizkessel mit nachgeschaltetem Saugzugventilator überführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas/Luft-Verhältnis in allen Verbrennungszonen (11, 36, 40, 42) über den Saugzugventilator (49) entsprechend dem Wärmebedarf der Heizungsanlage (2) über die Luftzufuhr am Reaktorrost (21), in der Brennkammer (40f) und im Flammenkanal (42) gesteuert wird.

5. Vorrichtung zur Erzeugung von bevorzugt in Feuerungsanlagen nutzbarem Gas aus insbesondere problematischem Vergasungsgut, wie z. B. Hähnchenkot oder tropische Hölzer, in einem schachtartigen Festbettvergaser mit zumindest diskontinuierlicher kopfseitiger Beschickung des Reaktors mit dem Vergasungsgut, mit Zuführung der Verbrennungsluft über einen bodenseitigen Rost sowie unterer Ascheentnahme und seitlichem Anzug des bei aufsteigender Vergasung durch Schwelung erzeugten Gases, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergasungsraum (11) über im Höhenbereich der Entgasungszone (D) angeordnete seitliche Öffnungen (34) mit einem sich entlang der heißesten Reaktorzonen (E, F) bis in etwa Höhe des Reaktorrosts (21) erstreckenden, kanalartigen Erhitzungsabschnitt (36) verbunden ist, wobei der untere Höhenbereich des Erhitzungsabschnitts (36) über düsenartige Verengungen (39) an eine Brennkammer (40) mit Luftansaugöffnungen (41) angeschlossen ist, die in einen quer zum Reaktor (1) angeordneten Flammenkanal (42) mit Luftansaugöffnungen (45) übergeht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der in ein keramisches Feuerfestmaterial (43) eingebettete Flammenkanal (42) an einen mit einem Saugzugventilator (49) ausgerüsteten Heizkessel (44) einer Heizungsanlage (2) zur Erzeugung von Heiz- und/oder Prozeßwärme angeschlossen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugzugventilator (49) mit der Temperaturüberwachung im Vorlauf (50) der Heizungsanlage (2) schaltungstechnisch gekoppelt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Flammenkanal (42) mit über seine Länge verteilt angeordneten regelbaren Luftzuführungen (45) versehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß am heizkesselseitigen Ende des Flammenkanals (42) ein atmosphärisch selbstansaugender Zündbrenner (46) mit Flammenüberwachung vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasabzugsöffnungen durch in einen Teilumfangsbereich der Wand (35) des Vergasungsraums (11) eingebrachte Schlitze (34) gebildet sind, welche mindestens teilweise mit schirmartigen Abdeckungen (37) versehen sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergasungsraum (11) von einem Reaktorzylinder (13) aus hochhitzebeständigem Stahl umschlossen ist, welcher in einen Baukörper (16) aus hochhitzebeständigem Stahl mit einem äußeren Mantel (17) aus weicher Keramik sowie einer insbesondere Feuchtigkeit abweisenden Außenschutzhaut (18) eingebettet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergasungsraum (11) von einem in keramisches Feuerfestmaterial (14) eingebetteten Reaktorzylinder (13) aus hochhitzebeständigem Stahl umschlossen ist und das Feuerfestmaterial (14) einen Mantel (15) aus Normalstahl aufweist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergasungsraum (11) in einen Baukörper (19) aus keramischem Feuerfestmaterial eingeformt ist, welcher einen Mantel (20) aus Normalstahl aufweist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß am Kopfende des Vergasungsraums (11) eine Beschickungsschleuse (9) vorgesehen ist, deren Verschlüsse (10, 12) gegeneinander verriegelt sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickungsschleuse (9) zum Vergasungsraum (11) hin durch einen insbesondere motorisch verlagerbaren Schieber (12) und zur Atmosphäre hin durch mindestens eine bevorzugt von Hand schwenkbare Klappe (10) abgeschottet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens in der Verbrennungszone (F), in der Entgasungszone (D) sowie im Grenzbereich von Trocknungszone (C) und Vorwärmzone (B) des Reaktors (1) Thermoelemente (33) in die Wandung (14, 17, 19) des Vergasungsraums (11) eingegliedert sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende des Vergasungsraums (11) ein Rüttelrost (21) vorgesehen ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Rüttelrost (21) abwechselnd starr gelagerte Roststäbe (22) und um ihre Längsachsen (24) begrenzt schwenkbare Roststäbe (23) in Parallellage aufweist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die schwenkbaren Roststäbe (23) gemeinsam verlagerbar sind.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die unterhalb des Reaktorrosts (21) gelegene geneigte Bodenplatte (30) des Aschekastens (28) aus einer insbesondere schwenkbaren Lochplatte oder einem insbesondere schwenkbaren Rost mit geringem Stababstand besteht und von der Frischluft durchströmt wird.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß in die Luftzufuhr (29) zum Vergasungsraum (11) eine motorisch schwenkbare Klappe (32) eingegliedert ist.