DE3906790A1 - Vergasungsreaktor fuer brennbare feststoffe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Vergasungsreaktor für brennbare Feststoffe. Der Vergasungsreaktor weist einen Vergasungsschacht auf, in dem die Feststoffe eine Feststoffschüttung bilden, die von einer beweg­ baren Abstützung im Schacht abgestützt wird. Oberhalb der Abstützung münden in die Feststoffschüttung Zu­ führungen für ein Sauerstoff enthaltendes Vergasungs­ mittel, das zur Vergasung und Teilverbrennung des Feststoffs eingeleitet wird. Unterhalb der Abstützung ist ein Gasabzugsrohr zum Absaugen des durch die Vergasung und Teilverbrennung des Feststoffs erzeugten Brenngases angeschlossen. Das erzeugte Brenngas tritt durch Durchtrittsöffnungen in der Abstützung aus der Feststoffschüttung zusammen mit veraschtem Brennstoff nach unten aus. Die Asche wird in einem Aschekasten aufgefangen, der unterhalb der Abstützung angeordnet ist. Das Gasabzugsrohr mündet in einer Verbrennungs­ kammer, in der das Brenngas unter Zufuhr von weiterem Sauerstoff gezündet wird.

Ein Vergasungsreaktor dieser Art ist aus DE-PS 31 51 477 bekannt. Der Vergasungsreaktor dient zur Vergasung brennbarer Feststoffe, wie Kohle oder Holz, insbesondere Holz-und Papierabfällen oder brennbarem Mischabfall. Das Brenngas wird durch unvollständige Verbrennung des Feststoffes unter Zufuhr von Luft, Sauerstoff und/oder Wasserdampf als Vergasungsmittel erzeugt. Hierfür durchläuft der Feststoff im Verga­ sungsschacht unter Schwerkraftwirkung zunächst eine Trocknungszone, anschließend eine Vergasungszone, an deren Ausgang der verkokte Feststoff gezündet und unter Ausbildung einer Glutzone teilverbrannt wird. Das in der Vergasungszone gebildete Schwelgas wird im Vergasungsschacht im Gleichstrom mit den Feststoffen nach unten geführt und durchströmt vor Austritt aus der Feststoffschüttung die Glutzone, in der im Schwel­ gas enthaltene Teer- oder Ölanteile gecrackt und in niedermolekulare Kohlenstoffverbindungen, insbeson­ dere Methan umgebildet werden.

Für die Aufrechterhaltung des abwärts gerichteten Schwelgasstroms wird im Vergasungsschacht Unterdruck erzeugt. Der Unterdruck ist so einzustellen, daß das Schwelgas beim Durchdringen der Glutzone zum Cracken der Teer- oder Ölbestandteile genügend aufgeheizt wird. Da sich der Strömungswiderstand im Vergasungs­ schacht je nach Befüllung des Schachtes mit Fest­ stoffen ändert, wird von der Schüttschichthöhe in nachteiliger Weise auch die im Verbrennungsreaktor erzeugte Brenngasqualität beeinflußt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Vergasungsreaktor für brennbare Feststoffe zu schaffen, bei dem auch bei unterschiedlichem Befüllungsgrad des Vergasungs­ schachtes ein Brenngas mit gleichbleibender Brenngas­ qualität erzeugbar ist.

Diese Aufgabe der Erfindung wird bei einem Vergasungs­ reaktor der eingangs genannten Art durch die in Patent­ anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Danach ist im Gasabzugsrohr zur Regelung des Druckes im Vergasungs­ schacht eine Einrichtung zur Veränderung des freien Strömungsquerschnittes im Gasabzugsrohr vorgesehen, die in Abhängigkeit vom jeweils gegebenen Unterdruck in der Feststoffschüttung eingestellt wird. Die Ein­ richtung steht in Wirkverbindung mit einem Druckmeß­ gerät, mit dem der gegebene Unterdruck in der Fest­ stoffschüttung ermittelt wird, und verändert in Ab­ hängigkeit von diesem gemessenen Unterdruck den Strö­ mungsquerschnitt in der Weise, daß sich in der Fest­ stoffschüttung ein gewünschter Unterdruck-Sollwert einstellt. Diese Druckregelung vergleichmäßigt den Schwelgasstrom im Verbrennungsschacht. Es wird ein Brenngas mit sich nur in geringen Grenzen verändernder Brenngasqualität erzeugt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung nach Patent­ anspruch 2 ist es vorgesehen, die Einrichtung zur Veränderung des freien Strömungsquerschnittes im Gasabzugsrohr in einem Rohrbereich anzuordnen, der sich zwischen Anschluß des Gasabzugsrohres am Verga­ sungsschacht und einem im Gasabzugsrohr eingesetzten, das Brenngas aus dem Vergasungsschacht absaugenden Gebläse befindet. In einfachster Weise läßt sich im Gasabzugsrohr zur Veränderung des Strömungsquerschnit­ tes eine verstellbare Drosselklappe verwenden, Patent­ anspruch 3.

Vor Inbetriebnahme des Vergasungsreaktors ist eine Vorheizung der Verbrennungskammer vorgesehen. Hierzu ist es nach Patentanspruch 4 erforderlich, daß ein zur Vorheizung dienender Zündbrenner bei geschlossener Drosselklappe betreibbar ist. In dieser Vorbetriebs­ phase des Vergasungsreaktors darf kein Brenngas in die Verbrennungskammer gelangen, damit auch beim Start des Vergasungsreaktors keine Umweltbelastung durch unvollständige Verbrennung der Brenngase auf­ tritt. Zum Start des Vergasungsreaktors wird nach Vorheizung der Verbrennungskammer der Feststoff im Vergasungsschacht im Bereich der Glutzone oberhalb der Abstützung der Feststoffschüttung gezündet und anschließend das erzeugte Brenngas über das Gasabzugs­ rohr in die Verbrennungskammer gesaugt. Tritt Brenngas und Verbrennungsluft in ausreichender Menge in die Verbrennungskammer ein, kann der zur Vorheizung die­ nende Zündbrenner abgeschaltet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch wiedergegebenen Ausführungsbei­ spiels näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt einen Vergasungsreaktor mit einem Vergasungsschacht 1, in den über eine Beschickungsein­ richtung 2 brennbare Feststoffe, beispielsweise zer­ spante Holzteile, auch beschichtetes Holz, Kohle, Papier oder andere brennbare Abfallstoffe, eingegeben werden. Als Beschickungseinrichtung dient im Ausfüh­ rungsbeispiel eine Schieberschleuse mit bei Betrieb gegeneinander verriegelten Schiebern, so daß sich immer nur einer der Schieber 2 a, 2 b der Beschickungs­ einrichtung 2 bedienen läßt. Zur Zugabe von Feststoff wird somit zunächst der Schieber 2 a bei geschlossenem Schieber 2 b geöffnet und Feststoff in die Schleuse eingeführt. Anschließend wird der Schieber 2 a geschlos­ sen und der Schieber 2 b geöffnet und der Feststoff in den Vergasungsschacht eingeführt. Auf diese Weise wird der Betrieb des Vergasungsreaktors bei seiner Beschickung nur geringfügig gestört.

Im Vergasungsschacht bildet der brennbare Feststoff eine auf einer beweglichen Abstützung 3 aufliegende Feststoffschüttung 4. Im Ausführungsbeispiel ist als Abstützung 3 ein Prisma eingesetzt, das in der Zeich­ nung im Querschnitt dargestellt ist. Das Prisma ist um seine Prismenachse schwenkbar, eine der möglichen Schwenkstellungen ist in der Zeichnung strichliniert angedeutet. Oberhalb der Abstützung 3 befinden sich Zuführungen 5 für ein Sauerstoff enthaltendes Verga­ sungsmittel. Im Ausführungsbeispiel strömt Luft in die Feststoffschüttung 4 ein.

Unterhalb der Abstützung 3 befindet sich ein Sammel­ raum 6 für das aus dem Vergasungsschacht nach unten austretende Brenngas, das durch Vergasung des Fest­ stoffs in der Feststoffschüttung 4 erzeugt wird. Zu seiner Vergasung durchläuft der Feststoff im Verga­ sungsschacht unter Schwerkraftwirkung zunächst eine Trocknungszone, dann eine Vergasungszone und schließ­ lich eine Glutzone 7, die in der Zeichnung strich­ liniert markiert ist. Die Glutzone 7 wird durch Teil­ verbrennung des Feststoffs gebildet und weist eine Temperatur zwischen 700 bis 1000°C auf. Zur Zündung der Glutzone bei Betriebsbeginn und kaltem Vergasungs­ reaktor dient eine Zündeinrichtung 8.

Die Glutzone 7 befindet sich unmittelbar über Durch­ trittsöffnungen 9 zwischen Abstützung 3 und Wand des Vergasungsschachtes 1. Im Ausführungsbeispiel bei prismenartiger Ausbildung der Abstützung 3 verbleiben zwischen Wand des Vergasungsschachtes und den Prismen­ kanten der Abstützung 3 Längsschlitze als Durchtritts­ öffnungen, deren Öffnungsweite etwa 10 bis 50 mm, bevorzugt 30 mm beträgt.

Das im Vergasungsschacht in der Vergasungszone durch Zutritt des Vergasungsmittels in der Feststoffschüt­ tung entstehende Schwelgas durchströmt den Vergasungs­ schacht in gleicher Richtung wie der Brennstoff den Brennstoffschacht durchläuft. Das in der Vergasungs­ zone gebildete Schwelgas durchdringt daher vor Ein­ tritt in den Gassammelraum 6 die Glutzone 7 oberhalb der Durchtrittsöffnungen 9. Dabei wird das Schwelgas auf eine Temperatur erhitzt, bei der hochmolekulare Bestandteile des Schwelgases gecrackt werden. Es entsteht ein Brenngas, das im wesentlichen CO, H₂ und CH₄ enthält. Das Brenngas wird über ein Gasabzugsrohr 10 aus dem Gassammelraum 6 abgesaugt.

Am Boden des Gassammelraumes 6 ist ein den Gassammel­ raum nach unten abschließender Aschekasten 11 ange­ ordnet, in dem die durch die Durchtrittsöffnungen 9 aus der Glutzone 7 fallende Feststoffasche aufge­ fangen wird. Aus dem Aschekasten 11 wird die Asche über eine Ascheentnahme 12 abgeführt.

Zur Absaugung des Brenngases aus dem Vergasungsschacht 1 dient ein Gebläse 13, das im Gasabzugsrohr 10 einge­ setzt ist. Vom Gebläse 13 wird das Brenngas in eine Verbrennungskammer 14 gefördert, in der es unter Zufuhr weiterer Luft verbrannt wird. Die Luft strömt über die Verbrennungsluftleitung 15 unmittelbar in der Nähe der Mündung einer druckseitig am Gebläse angeschlossenen Brenngaszufuhr 10 a in die Verbren­ nungskammer 14 ein und mischt sich hier mit dem Brenn­ gas unter Ausbildung eines zündbaren Gasgemisches.

Zur Steuerung der Brenngasqualität befindet sich im Gasabzugsrohr 10 in Strömungsrichtung des Brenngases gesehen eine Drosselklappe 16, die mittels eines Stellmotors 17 zur Veränderung des freien Strömungs­ querschnittes im Gasabzugsrohr 10 verstellbar ist. Der Stellmotor 17 wird in Abhängigkeit vom Unterdruck in der Feststoffschüttung 4 im Vergasungsschacht 1 gesteuert. Der Unterdruck wird von einem Druckmeßgerät 18 gemessen, dessen Meßfühler 19 in den Innenraum des Vergasungsschachtes 1 eingeführt ist. Vom Druckmeßgerät 18 wird ein dem gemessenen Druck analoges elektrisches Signal auf einen Regler 20 für den Stellmotor 17 geschaltet.

Der Unterdruck im Vergasungsschacht 1 wird so einge­ stellt, daß das Schwelgas bei seinem Durchtritt durch die Glutzone 7 in ein Brenngas übergeht, das nieder­ molekulare organische Gasbestandteile enthält. Teer oder ölige Bestandteile des Schwelgases sollen in der Glutzone 7 vollständig gecrackt werden. Es sollen sich im Brenngas als brennbare Gasbestandteile im wesentlichen CO, H₂ und CH₄ ergeben. Ein solches Brenngas läßt sich in der Verbrennungskammer umwelt­ freundlich verbrennen, das entstehende Abgas weist nur sehr geringe Schadgasanteile auf.

Um die Schadgasanteile im Abgas auch schon beim Start des Vergasungsreaktors niedrig zu halten, weist die Verbrennungskammer 14 einen Zündbrenner 21 auf, der zur Vorheizung der Verbrennungskammer vor Eintritt des zündbaren Gasgemisches dient. Der Zündbrenner 21 wird mit Öl befeuert und ist derart in der Verbren­ nungskammer angeordnet, daß eine möglichst gleich­ mäßige Vorwärmung des Verbrennungsraums erreicht wird, bevor Brenngas und Verbrennungsluft in die Verbrennungskammer einströmen. Der Zündbrenner 21 ist bei geschlossener Drosselklappe 16 betreibbar. Er ist auch betreibbar, ohne daß das Gebläse 13 läuft. Erst nach Vorheizung der Verbrennungskammer bei ausreichen­ der Temperatur im Verbrennungsraum wird das Gebläse 13 eingeschaltet und die Drosselklappe in ihre Be­ triebsstellung gesetzt.

Bei Inbetriebnahme des Vergasungsreaktors wird somit zunächst mit Hilfe des Zündbrenners 21 die Verbren­ nungskammer 14 vorgeheizt, anschließend wird über die Zündeinrichtung 8 die Feststoffschüttung im Bereich der Glutzone 7 gezündet und bei entsprechender Ein­ stellung der Drosselklappe 16 vom Gebläse 13 im Verga­ sungsreaktor erzeugtes Brenngas zur Verbrennungskammer 14 abgesaugt. Bei ausreichend erzeugter Brenngasmenge wird der Zündbrenner 21 abgeschaltet.

Im Vergasungsreaktor wurde Braunkohle in Brenngas umgesetzt. In der Glutzone 7 betrug die Temperatur 750°C. Als Brenngas wurde ein Schwachgas mit folgen­ der Gasqualität erzeugt: CO = 20 Vol%, H₂ = 12 Vol%, CH₄ = 1,2 Vol%, CO₂ = 8 Vol%. Das Schwachgas wies damit einen unteren Heizwert von 4300 kJ/m auf. Diese Brenngasqualität konnte unabhängig vom Befüllungsgrad des Vergasungsschachtes aufrechterhalten werden.

Bei Umsatz eines aus Braunkohle erzeugten Schwelgases bei einer Temperatur zwischen 900 bis 1000°C in der Glutzone 7 ergab sich als Brenngas ein Schwachgas mit folgender Zusammensetzung: CO = 14,5 Vol%, H₂ = 16 Vol%, CH₄ = 1,5 Vol%, CO₂ = 11 Vol%. Dies entspricht einem unteren Heizwert für das Schwachgas von ca. 4000 kJ/m³. Auch in diesem Falle konnte die Brenngasqualität in engen Grenzen unabhängig vom Befüllungsgrad im Ver­ gasungsschacht gehalten werden.

Im Abgas wurden in beiden Fällen sehr niedrige Schad­ gasanteile ermittelt: CO < 50 ppm, NO _x < 120 ppm, SO₂ im Bereich zwischen 0 bis 10 ppm; CO₂ = 14 bis 16 Vol%, O₂ = 3 bis 5 Vol%.

Claims (4)

1. Vergasungsreaktor für brennbare Feststoffe mit einem Vergasungsschacht, in dem die Feststoffe eine von einer bewegbaren Abstützung mit Durch­ trittsöffnungen abgestützte Feststoffschüttung bilden, in die Zuführungen für ein Sauerstoff enthaltendes Vergasungmittel zur Vergasung und Teilverbrennung des Feststoffs oberhalb der Ab­ stützung münden, wobei unterhalb der Abstützung ein Aschekasten für veraschten Brennstoff vorge­ sehen ist und ein Gasabzugsrohr zum Absaugen von durch die Vergasung und Teilverbrennung des Fest­ stoffs in der Feststoffschüttung erzeugtes Brenn­ gas angeschlossen ist, das durch die Durchtritts­ öffnungen der Abstützung aus der Feststoffschüt­ tung austritt, und wobei das Gasabzugsrohr in einer Verbrennungskammer mündet, in der das Brenn­ gas unter Zufuhr von Sauerstoff gezündet wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Gasabzugsrohr (10) eine Einrichtung (16) zur Veränderung des freien Strömungsquerschnittes im Gasabzugsrohr (10) vorgesehen ist, die in Wirk­ verbindung mit einem Druckmeßgerät (18) zur Er­ mittlung des Unterdruckes in der Feststoffschüt­ tung (4) steht und den Strömungsquerschnitt in Abhängigkeit davon so verändert, daß sich in der Feststoffschüttung (4) ein Unterdruck-Sollwert einstellt.

2. Vergasungsreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (16) im Gasabzugsrohr (10) im Rohrbereich zwischen Anschluß des Gasab­ zugsrohres (10) am Vergasungsschacht (1) und einem im Gasabzugsrohr (10) eingesetzten, das Brenngas aus dem Vergasungsschacht absaugenden Gebläse (13) angebracht ist.

3. Vergasungsreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß zur Veränderung des Strömungsquerschnittes eine verstellbare Drosselklappe (16) eingesetzt ist.

4. Vergasungsreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein in der Verbrennungskammer (14) einge­ setzter Zündbrenner (21) zur Vorheizung der Ver­ brennungskammer (14) bei geschlossener Drossel­ klappe (16) betreibbar ist.