DE3924723A1 - Verfahren zur energieerzeugung und energieerzeugungseinrichtung dafuer - Google Patents

Verfahren zur energieerzeugung und energieerzeugungseinrichtung dafuer

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Description

Die momentan günstigen Energiepreise, vor allem für das Erdöl, können nicht darüber hinwegtäuschen, daß die Vorräte an fossilen Energieträgern, besonders Öl knapp sind. Das Erdöl findet nicht nur bei der Wärmeerzeugung, sondern auch im Straßenverkehr wie auch in der chemischen Industrie Verwendung. In der chemischen Industrie kann in bestimmten Bereichen die Kohle statt dem Erdöl eingesetzt werden. Der Anteil des Erdöles für die chemische Industrie ist jedoch gering. Ein wesentlich größerer Anteil wird im Straßenverkehr als Motortreibstoff eingesetzt. Die Kohleverflüssigung ist nicht zuletzt aufgrund des schlechten Nutzungsgrades unwirtschaftlich. Bedingt durch die gute Bevorratung des flüssigen Treibstoffes im Fahrzeug und die Umwandlung in mechanische Energie, erscheint hier eine Substitution durch Kohle am schlechtesten möglich.
Es bleibt nun nur noch die Möglichkeit, das Öl am Wärmemarkt zu verringern, um andererseits eine Streckung für den Einsatz im Straßenverkehr zu ermöglichen.
Der Einsatz der Kohle im Wärmemarkt ist im großen Leistungsbereich sehr verbreitet. Im kleinen Leistungsbereich (1 MW) war die Kohle bis in den 50er und 60er Jahren sehr verbreitet. Zur Wohnraumheizung und bei Kleinverbrauchern haben das billige und zudem automatisch verfeuerbare Öl und Gas Einzug gehalten.
Die vollautomatische Verfeuerung der Kohle erscheint außer der Staubfeuerung im großen Leistungsbereich noch problembehaftet. Vollautomatische Anlagen auf Wirbelschichtbasis sind im Leistungsbereich ab 0,5 MW realisiert. Im Leistungsbereich darunter gibt es noch keine ausgeführte Anlage, die den Einsatz von Feinkohle gestattet.
In den zwanziger Jahren entwickelte Winkler ein Verfahren zur Erzeugung von Synthesegas. Es wurden Kohleteilchen durch ein Sauerstoff-Dampf-Gemisch in einen wirbelnden Zustand gebracht. Der Begriff "Wirbelschicht" charakterisiert diesen Strömungszustand. Nachdem die Wirbelschicht in den 50er Jahren Eingang in der Trocknungs- bzw. Kalziniertechnik gefunden hat, wurde ab den 60er Jahren versucht, diese Technik für die Verbrennung der Kohle einzusetzen. Die ersten Versuche wurden mit der langsamen atmosphärischen oder auch stationären Wirbelschicht durchgeführt. Die Vorteile dieser Wirbelschichten kurz aufgeschlüsselt:
  • - Geringer notwendiger Kohlenstoffgehalt in der Wirbelschicht. Der Inertmaterialanteil kann bis 99% wachsen. Dies bedeutet, daß Kohle mit hohem Inertmaterialanteil bzw. Aschegehalt verfeuert werden kann.
  • - Die niedrigen Feuerraumtemperaturen von 750-950°C vermeiden weitgehend die Bildung von thermischer NOx. Der Ascheschmelz- bzw. -sinterpunkt wird nicht erreicht. Anback- und Verschmutzungsprobleme sind deshalb minimiert.
  • - Durch Additivzugabe (Kalkstein, Branntkalk, Dolomit, Kreide) ist eine direkte Schwefeleinbindung in der Wirbelschicht möglich.
    Die hohen Wärmeübergangskoeffizienten in der Wirbelschicht wirken sich vorteilhaft für notwendige Wärmetauscher aus. Für die Homogenisierung der Temperatur in der Wirbelschicht ist die gute Durchmischung verantwortlich.
  • - Die ruhende Schicht (Brennpausen) zeichnet sich durch eine sehr langsame Auskühlung aus.
  • - Der Einsatzbereich der Kohlekörner ist bis 10 mm und größer möglich.
  • - Geringer Aufwand an peripheren Einrichtungen sowie Kohleaufbereitung ist kennzeichnend.
Diesen Vorteilen stehen auch Nachteile gegenüber:
  • - Aufheizen der Wirbelschicht durch Fremdenergie (z. Bsp. Öl/Gasbrenner)
  • - Das Regelverhalten ist aufgrund des hohen Inertmaterialanteiles sehr langsam.
  • - Unverbrannter Kohlenstoff kann in der ruhenden Schicht zu örtlichen Überhitzungen und somit zu Versinterungen bzw. Verschlackungen führen.
  • - Die relativ ungleichmäßige Verteilung des Additivs in der Wirbelschicht bedingt durch bestimmte Aufgabestellen erfordert hohe Additivmengen.
  • - Die große Inertmaterialmasse in der Wirbelschicht bewirkt einen hohen Druckverlust.
Durch die Entwicklung der schnellen atmosphärischen oder auch zirkulierenden Wirbelschicht wurden Verbesserungen erzielt:
  • - Durch die Rückführung der Zyklon- bzw. Filterasche wurde der Ausbrand erhöht.
  • - Die Rückführung oder auch Zirkulation bewirkte durch die mehrmalige Durchzirkulation des Additives auch eine Reduzierung von selbigem bei gleicher Schwefeleinbindung.
  • - Besonders durch den Bettaschenabzug ist die Regelmöglichkeit verbessert worden.
Als Nachteil mußte der größere Aufwand zur Zerkleinerung der Kohle (Korngröße bis 0,6 mm) sowie zusätzlicher peripherer Einrichtungen in Kauf genommen werden.
Eine weitere Variante ist die Druckwirbelschicht. Sie ist als Demoanlage als langsame Wirbelschicht bereits ausgeführt. Theoretisch ist die zirkulierende Wirbelschicht ebenfalls als Druckwirbelschicht möglich. Da außer der Druckerhöhung und den damit verbundenen zusätzlichen peripheren Einrichtungen verfahrenstechnisch keine Unterschiede sind, sollte diese Bauform nicht weiter beachtet werden. Fortschritte bei der Druckwirbelschicht sind nach Lösung der Probleme bei der Heißgasentstaubung bzw. Heißgaswärmetausch zu sehen. Eine Übersicht von Herberholz Fig. 1 und Fig. 2 zeigt einen Überblick über die verschiedenen Wirbelschichtprinzipien. In Fig. 3 ist eine Sonderform, die Venturiwirbelschicht dargestellt.
Weitere Einsatzmöglichkeiten der Kohle als Brennstoff sind neben den Rostfeuerungen die Staubfeuerung. Die Staubfeuerung hat wie alle anderen Feuerungen ebenfalls Vor- und Nachteile. Als wichtigste Vorteile sind zu nennen:
  • - schnelles Zünden des Kohlestaubes im Brenner möglich.
  • - schnelles Regelverhalten.
  • - guter Ausbrand bei feinem Korn und ausreichend großem Brennraum.
Als Nachteile sind zu nennen:
  • - Bestimmte Mindestbrennraumlänge für Kornausbrand notwendig.
  • - Additivzugabe nicht so wirkungsvoll wie bei Wirbelschicht.
Die Staubfeuerung ist sehr verbreitet und auch schon sehr weit entwickelt. Fig. 4 zeigt die Kohlestaubfeuerung. Der Transportreaktor Fig. 5 ist eine Sonderform der Staubfeuerung.
Ausgehend vom Feuerungssystem auf der Basis der Wirbelschichtfeuerung und der Staubfeuerung soll eine Verbrennungstechnik erarbeitet werden, die möglichst viele Vorteile der beiden Systeme in sich vereinigt. Weiterhin ist das Ziel eine weitgehend automatisch arbeitende Anlage.
Der Einsatz des Wärmeerzeugers ist durch folgende Punkte gekennzeichnet: (Wirbelkammertechnologie
  • - Einsatz im kleinen Leistungsbereich (10 kW-1 MW)
  • - einfacher Geräteaufbau
  • - Einsatz ballastreicher Kohle
  • - Verwendung von nicht oder wenig aufbereiteter Kohle
  • - automatischer Betrieb
  • - geringe Emissionen
  • - gutes Regelverhalten
  • - geringer Einsatz von hochwertiger Energie (Strom)
  • - Korrosion, Erosion minimiert
  • - guter Ausbrand
  • - Einsatz von Sorbens gut möglich
  • - minimaler Druckverlust im Verbrennungssystem
  • - Einsatz als Wärmeerzeuger wie auch als Vergaser
  • - hohe Turbulenz und guter Wärmeübergang im Brennraum
  • - Einsatz von Staub- und Feinkohle möglich sein (Korn 0 bis 12 mm)
  • - Einsatz blähender Kohle, sowie Kohle mit hohem Flüchtigenanteil
Die Verbrennung ist lediglich ein Prozeß zur Erzeugung von Wärme.
Neben der Wärme werden zunehmend die hochwertigen Energien wie Gas oder Strom verlangt.
Wie in Fig. 6 dargestellt, läßt sich eine Gaserzeugung für Schwachgas - hauptsächlich CO - oder Reichgas aufbauen. Die Schwachgaserzeugung wird eingesetzt bei gestufter Verbrennung (zuerst reduzierend, dann oxydierend) zur Verminderung von Schadstoffemissionen.
Die Reichgaserzeugung erfordert Zusätze in der Regel in Form von Wasserdampf. Das Reichgas - hauptsächlich aus CO, CH₄, H₂ bestehend - kann mannigfaltig verwendet werden.
  • - Verbrennung mit nachgeschalteter offener Expansionsmaschine
  • - Verbrennung mit Wärmetauscher und geschlossener Heißgasmaschine
  • - Gasmotor/Gasturbine als Komplettsystem
  • - Verbrennung mit Wärmetauscher und Dampfmotor oder -turbine
  • - Weiterhin sind Kombinationen aus den ersten vier Varianten möglich
  • - Die Möglichkeit der Verwendung nur zur Verbrennung (hier speziell die gestufte Verbrennung oder Abgaskondensation genannt) oder zur konventionellen Gastechnik ist Stand der Technik.
Die Erzeugung von elektrischem Strom erfolgt in der Regel (außer thermomagnetische Effekte, Fotovoltaik etc.) aus mechanischer Energie. Die mechanische Energie wiederum gewinnt man aus Kreisprozessen mit innerer oder äußerer Verbrennung.
Innere Verbrennung: Gasmotor, Gasturbine
Äußere Verbrennung: Heißgasmotor, Dampfmotor, Dampfturbine ORC (Organic-Rancine-Cycle)-Prozesse
Daß man aus elektrischer oder mechanischer Energie über Wärmepumpen wieder Wärme erzeugen kann, ist selbstverständlich. Der Einsatz der inneren Verbrennung durch Gasmotor und Gasturbine ist vom Wirkungsgrad und technischen Aufwand am günstigsten. Probleme gibt es jedoch bei den Emissionen, und zwar Geräusch wie auch Schadstoff.
Abhängig von den erforderlichen Emissionsminderungen kann der Aufwand beträchtlich werden. Die äußere Verbrennung ist zwar vom Aufbau her aufwendiger, jedoch in vielen Fällen sinnvoll und zweckmäßig.
  • - Dampfmotor - Dampfturbine:
    Die am meisten verbreitete Form der Krafterzeugung durch äußere Verbrennung. Bei Leistungen im Megawattbereich gute Wirkungsgrade (größer 35%), jedoch im Kleinleistungsbereich schlechte Wirkungsgrade und spezifisch teuer.
  • - ORC-Prozesse:
    Sind weitestgehend noch in der Entwicklung
  • - Heißgasmaschinen:
    Im Grunde eine alte Technik. Der bekannteste Vertreter dieser Technik ist der Stirlingmotor. Ein im Jahre 1816 patentierter Motor, der vor allem von Philips in den 40er und 50er Jahren dieses Jahrhunderts weiterentwickelt wurde. In den 60er Jahren wurde in vielen Ländern Programme zur Weiterentwicklung des Stirlingmotors aufgelegt.
In Fig. 7 sind wichtige Entwicklungsstufen des Stirlingmotors dargestellt.
In der BRD beschäftigen sich MAN-MWM sowie Mercedes mit dem Stirlingmotor sowie neuerdings Bomin-Solar aus Lörrach mit dem Freikolbenstirling.
Die Wirkungsgrade liegen bei über 30% beim Freikolbenstirling bzw. über 40% bei der doppelt wirkenden Maschine von United Stirling aus Schweden.
Das letzte Prozent Wirkungsgrad sollte nicht das ausschlaggebende sein, sondern:
  • - einfacher funktioneller Aufbau
  • - preisgünstig
  • - lange Lebensdauer
Durch die Nutzung von Wärme und Kraft ist ohnehin ein hoher Gesamtwirkungsgrad zu erzielen.
Verbrennungssystem Wirbelkammerfeuerung
Eine Wirbelkammerfeuerung findet in der Hauptsache im kleinen Leistungsbereich Anwendung. Der Einsatz im größeren Leistungsbereich ist sicher möglich. Modulbauweise ist dabei zweckmäßig wie auch sinnvoll:
Die Wirbelkammerfeuerung besteht aus verschiedenen Anlagenteilen oder Hauptgruppen, und zwar:
A - Unterbau
B - Reaktor
C - Wärmetauscher
D - Dosierung
E - Transporteinrichtung
F - Steuerung/Regelung
G - Kohle/Asche-Bunker
H - Filter
Einen schematischen Aufbau einer Wirbelkammerfeuerung zeigt Fig. 8.
Für die einzelnen Hauptgruppen (A-H) sind mehrere Lösungen möglich. Eine nachfolgende Aufstellung stellt Lösungen für die einzelnen Hauptgruppen dar. Im Grunde sind mehrere hundert Lösungen möglich.
Nach entsprechenden Kriterien ausgewählt, ergibt das gesamte Lösungsfeld eine bestimmte Anzahl sinnvoller Lösungen. Die günstigsten, oder besser gesagt die am besten geeigneten Lösungen werden weiter konkretisiert und ausgearbeitet.
Hauptgruppen Unterbau Fig. 10 Lösung A 1
Dieser Unterbau besteht aus einem Aufheizbrenner (3), der öl- oder gasbetrieben ist. Die heißen Gase heizen die Spirale (2) wie auch einen Brennraum (1) auf. Am Stutzen (4) wird Primärluft mit Kohle in die Spirale (2) eingeblasen. Sind Spirale (2) und Brennraum (1) genügend aufgeheizt, so wird im Stutzen (4) zusätzlich die Kohle mit aufgegeben. Es wird die Kohle in der Spirale (2) nun stark vorgewärmt. Im Brennraum (1) erfolgt die Verbrennung der Kohle. Nach stabiler Kohleverbrennung wird der Brenner (3) ausgeschaltet. Im Brennbetrieb erfolgt die Erwärmung der Spirale (2) durch den heißen Brennraum (1) und es wird die Kohle zum Teil schon in der Spirale (2) über Zündtemperatur gebracht. Die Spirale (2) kann auch als Rechteckrohrspirale, anliegende Rechteckrohrspirale oder Doppelbehälterspirale wie A 5/A 6 ausgebildet werden.
Lösung A 2
Der Unterbau wird elektrisch mit 220 V/2,8 kW aufgeheizt. Eine Ventilanordnung (4) verhindert, daß Partikel in die Heizspirale (2) gelangen können und gewährleistet, daß die Luft aus der Heizspirale in den Brennraum (1) gelangt. Die Kohle wird durch eine Schnecke (3) in den Brennraum (1) gebracht.
Die Primärluft strömt bei (5) ein.
Lösung A 3
Die Elemente (1), (2), (4) u. (5) entsprechen der Variante A 2. Verändert ist die Einbringung der Kohle. Sie kann durch Schwerkraft an der Stelle (3) eingebracht werden. Weiterhin ist die seitliche oder tangentiale Einblasung (3) möglich.
Lösung A 4
Der Aufbau entspricht der Variante A 1. Statt des Brenners wird eine elektrische Heizwendel (3) mit 220 V/2,8 kW eingesetzt. Zusätzlich ist ein nach oben geöffneter Stutzen (5) vorgesehen. Der Stutzen (5) führt die in (6) eintretende und (3) erwärmte Primärluft in die Spirale (2) weiter. Kohle mit Luft tritt bei (4) ein. Im Brennbetrieb ist die Luft bei (6) abzuschließen. Statt mit Luft kann die Kohle auch durch Schwerkraft oder mechanisch bei (4) eingebracht werden.
Lösung A 5
Die Punkte (1), (2), (3) und (6) entsprechen der Variante A 4 mit dem Unterschied, daß die Spirale nicht aus einer frei hängenden Rundrohrspirale besteht, sondern aus einer am Brennraum (1) anliegenden Rechteckrohrwendel.
Die Kohle wird mittels Spirale bei (5) aufgegeben.
Die Lage von (5) ist auch nach oben verschiebbar.
Lösung A 6
A 6 unterscheidet sich von A 8 durch eine als Doppelbehälter ausgebildete Rohrspirale (2).
Es kann hier der Brennraum (1) nicht mehr direkt durch die heißen Gase aus dem Heizelement (3) aufgeheizt werden. Beim Brennbetrieb erfolgt jedoch eine bessere Vorwärmung der Primärluft.
Lösung A 7
Die Heizung erfolgt hier ebenfalls durch elektrische Widerstandsheizung (3).
Die Rohrspirale (2) ist ebenfalls wie bei A 6 als Doppelbehälter ausgebildet. Die Einströmung der Luft erfolgt jedoch nicht zentral axial, sondern tangential.
Die Kohle wird über eine Schnecke in die Mitte des Behälters (1) aufgegeben oder wie bei Lösung A 8 in die Rohrspirale.
Lösung A 8
Der Unterschied zu den Varianten A 5 bis A 7 besteht in der Einbringung der Kohle (5).
Hier wird die Kohle nicht direkt in den Behälter (4) mit der Schnecke (5) eingebracht.
Die Kohle gelangt vielmehr in die Doppelbehälterspirale (2). Im Brennbetrieb wird die Kohle vorgeheizt, bis sie in den Behälter (1) gelangt. Außerdem wird in der Spirale die Luft vorgeheizt.
Statt der Spirale (5) ist es auch möglich, die Kohle durch Schwerkraft in die Doppelbehälterspirale (2) einzubringen oder durch Sekundärluft einzublasen.
Lösung A 9
Der Brenner (2), der durch die Leitung (1) Luft erhält, heizt den Vorheizraum (3) wie auch den eigentlichen Brennraum (4) auf. Die heißen Abgase gelangen über den Stutzen (5) und die Düse (8) in den Brennraum (4). Nach ausreichender Aufheizung durch den Gas- oder Ölbrenner (2) erfolgt durch die Schnecke (6) die Förderung der Kohle in den Luftstrom. Ist im Brennraum (4) die Temperatur ausreichend, so kann der Brenner abgeschaltet werden. Der Ascheabzug erfolgt durch die Schnecke (7). Die Isolierung (9) verhindert Wärmeverluste. Statt der mechanischen Kohleschnecke (6) wie auch Ascheschnecke (7) ist der pneumatische Transport gegeben. Als weitere Variante ist auch der Kohleeintrag wie auch Ascheaustrag über Schwerkraft möglich. Statt Öl- oder Gasbrenner ist auch eine elektrische Aufheizung möglich.
Lösung A 10
Hier wird im Unterschied zur Lösung A 9 mit Luftvorwärmung gearbeitet. Die über die Oberfläche des Vorheizraumes abfließende Wärme wird zur Luftvorwärmung verwendet. Die Verluste sind dadurch verringert. Diese Lösung ist bei größeren Leistungen wie auch bei Alternativbetrieb von Öl bzw. Gas sinnvoll. Durch eine Lanze (10) wird Kaltluft eingeblasen und in der Kammer (11) erwärmt.
Der Sammelkegel (12) trennt Vorheizraum (3) und eigentlichen Brennraum (4).
Lösung A 11
Zusätzlich zur Lösung A 9 ist der Vorheizraum (3) mit einer hitzebeständigen Innenisolierung (12) ausgekleidet. Weiterhin gelangt über eine Sekundärluftdüse (13) Luft an bestimmte Stellen des Brennraumes (4) zur besseren Verbrennung oder teilweise zur Kühlung.
Zusatz:
Die Varianten A 2 bis A 8 sind auch als Brenneraufheizung möglich.
Ein Öl- oder Gasbrenner - bei Überdruck Rumpfbrenner (ohne Gebläse) - ersetzt die Elektroheizung.
B) Reaktor
Die Darstellungen erfolgen in Fig. 14, 13, 12, 11.
Lösung B 1 Fig. 11
Der offene Behälter stellt den einfachsten Reaktortyp dar. Er wird von unten durch ein Rohr, Düsenboden, Lochblech, Filterplatte oder anders gearteten luftdurchlässigen Aufbau angeströmt.
Lösung B 2 Fig. 11
Der Reaktor mit obenliegendem Filter stellt eine Heißfilterlösung dar, wenn kein Wärmetauscher zwischengeschaltet ist.
Als Filtermaterialien finden Keramikplatten, Silizium- und Aluminiumoxidflies oder Sintermetallfilter Anwendung.
Lösung B 3 Fig. 11
Die Lösung B 3 stellt ebenfalls einen Heißgasfilter dar. Bei dieser Anordnung kann auch körniges Filtergut, z. Bsp. Sand verwendet werden.
Außerdem können auch Sorbens z. Bsp. Kalkgranulat, Aktivkohlekörner u. a. m. im Filtermaterial beigemengt werden. Ein einfaches Leeren und Füllen des Filters ist möglich.
Lösung B 4 Fig. 11
Diese Lösung ist auch eine Heißgasfilterlösung. Eine Filterkerze wird über den heißen Brennraum gestülpt. Die Filterkerze verhindert, daß Staub und unverbrannte Kohle aus dem heißen Brennraum austreten können.
Dieser Filter muß intervallmäßig gereinigt bzw. nach bestimmter Zeit ersetzt werden.
Lösung B 5 Fig. 12
Bei dieser Lösung ist über die Einströmöffnung eine Art Topf darübergestülpt. Dieser Topf verhindert, daß impulsartig austretende Partikel direkt in den Abgaskanal gelangen.
Es gelangen jedoch die heißen Gase und die Partikel über den Topfrand nach oben. Eine Absonderung der Partikel von der Heißluft ist schlecht möglich (Rezirkulation).
Lösung B 6 Fig. 12
Bei dieser Lösung ist der Topf verkürzt und ein Innenrohr zusätzlich eingesetzt. Es können dadurch Partikel und Heißgas an der Stelle (1) besser getrennt werden.
Die Partikel gelangen durch die Engstelle (2) wieder in den Fluidisierungsluftstrom (3).
Lösung B 7 Fig. 12
Zur Lösung B 6 sind hier dynamische Ventile (1) eingebaut. Sie sollen zusätzlich verhindern, daß ein Luftstrom nach oben erfolgt. Die Partikel gelangen durch die Rutschschräge nach unten.
Weiterhin können die dynamischen Ventile in Verbindung mit einem Rohrwärmetauscher als Rieselkühler verwendet werden.
Lösung B 8 Fig. 12
Bei dieser Lösung sind die Strömungswiderstände an den Stellen (1) und (2) so ausgelegt, daß im Querschnitt (2) eine Strömung nach unten erfolgt.
Es erfolgt hier eine innere Rezirkulation (3) und eine äußere Rezirkulation der Partikel über (1) und (2), wobei die heißen Gase bei (4) nach oben strömen.
Lösung B 9 Fig. 13
Die Lösung stellt einen Durchlaufreaktor dar. Aus dem Wirbelraum (1) austretende Heißgase und Partikel werden in der Doppelmantelspirale nach unten geführt. Die Doppelmantelspirale wird von außen beheizt. Die Partikel werden beim äußeren Doppelmantel an die Außenwand gedrückt. Es erfolgt hier eine weitere Verbrennung bei verzögertem Durchlauf.
Durch das Zentralrohr (3) werden die Partikel aus dem Reaktor ausgetragen.
Lösung B 10 Fig. 13
Diese Lösung stellt ebenfalls einen Durchlaufreaktor dar. Durch die allseits von außen erwärmte Spirale (1) werden die Partikel wieder in den Nachreaktor (2) gebracht.
Der Ausbrand ist von der Verweilzeit der Kohlepartikel im Reaktor in erster Linie abhängig.
Lösung B 15 Fig. 13
Diese Lösung stellt einen Mehrfachreaktor dar. Die vom Reaktor ausgetragenen Partikel werden jeweils wieder in einem Zyklon abgeschieden.
Die Aufenthaltszeit im heißen Reaktor wird dadurch verlängert. Außerdem ist hier eine gute Reaktion der Kohle beigefügter Sorbens (z. Bsp. Kalk) gut und mehrmals möglich.
Lösung B 16 Fig. 13
Im Gegensatz zu B 12 verfügt dieser Stufenreaktor über keine Partikelrückführung.
Diese hintereinandergeschalteten Reaktoren vergrößern die Verweilzeit und bewirken eine gute Durchmischung von Luft, Kohle und ggf. Sorbens.
Lösung B 11 Fig. 12
Bei dieser Lösung werden mittels eines heißen Zyklons (1) die Partikel abgeschieden und über ein Verbindungsrohr zur Stufendüse (2) durch Schwerkraft geleitet. Die Düse bringt die Partikel wieder in den Reaktionsraum.
Die Durchzirkulation findet so lange statt, bis die Partikel im Zyklon nicht mehr abgeschieden werden.
Lösung B 12 Fig. 12
Die Funktionsweise ist ähnlich wie B 14 mit dem Unterschied, daß der Zyklon (1) außerhalb des Brennreaktors angebracht ist.
Lösung B 13 Fig. 12
Bei dieser Lösung wird mit Primär (1)- und Sekundärluft (2) gearbeitet. Die Primärluft (1) dient zur Fluidisierung. Die Sekundärluft (2) wird dazu benutzt, die im Zyklon abgeschiedenen Partikel über einen Siphon (3) wieder in den Brennraum zu bringen.
Zusatz:
Als Variante könnte der Zyklon im Reaktorraum bleiben (B 14).
Es würden dadurch die Partikel im Zyklon nicht so stark abgekühlt. Ein schnellerer und besserer Ausbrand erscheint möglich.
Lösung B 14 Fig. 12
Bei dieser Lösung verhindert eine Zellenradschleuße (2), daß die kohlebeladene Primärluft (1) in falscher Richtung in den Zyklon strömt.
Die Zellenradschleuße fördert die im Zyklon abgeschiedenen Partikel nach unten.
Zusatz:
Die in den Bildern B 1 bis B 17 aufgezeigten Reaktoren können als Einzelreaktoren verwendet werden. Es ist aber auch möglich, diese hintereinandergeschaltet als Haupt- und Nachreaktor zu verwenden. Von der Geometrie her kann ebenfalls eine Abstufung von Haupt- zu Nachreaktor erfolgen, z. Bsp. doppeltes Volumen.
Nachreaktoren können Vorteile in der Verbrennung haben - z. Bsp. Ausbrand, vollständige Verbrennung (CO₂) bringen - wie auch zur Reinigung der Abgase durch Zugabe von Sorbens (z. Bsp. Kalk, Aktivkohle usw.) beitragen.
In der Übersichtsmatrix sind mögliche Lösungen dargestellt.
Fig. 14
In Fig. 14 sind alle möglichen Lösungen zusammengestellt, die sich aus einer Kopplung der Varianten B 1 bis B 16 als zweistufiger Reaktor ergeben.
C Wärmetauscher
Die Darstellungen erfolgen in Fig. 15.
Lösung C 1
Diese Lösung stellt den Spiralwärmetauscher dar.
Vorzugsweise wird er mit partikelbeladener Heißluft von innen beaufschlagt.
Lösung C 2
Einen einfachen Rohrwärmetauscher stellt diese Lösung dar.
Die Beaufschlagung ist vorzugsweise am Innenrohr.
(1) Innenrohr
(2) Außenrohr
Lösung C 3
Rohrwärmetauscher mit Innenwendel.
Der Wendel dient zur Führung der Gase wie auch Festigkeitssteigerung des Innenrohres.
Lösung C 4
Rohrwärmetauscher mit Längsrippen zur Vergrößerung der Wärmetauschfläche.
Lösung C 5
Kombination von C 3 und C 4 zur Erzielung unterschiedlicher Strömungswiderstände.
Lösung C 6
Die Lösungen C 2 bis C 5 können auch am Außenrohr angebracht werden oder kombiniert innen und außen.
D Dosieren
Die Darstellungen erfolgen in Fig. 16.
Lösung D 1
Diese Lösung stellt ein Lochrad dar, das mit einem oder mehreren Löchern versehen ist.
Lösung D 2
Statt radialer Bohrungen D 1 sind die Bohrung oder Bohrungen axial angebracht.
Lösung D 3
Diese Lösung stellt mehrere aufeinanderliegende Scheiben dar.
Die Hintereinanderschaltung ist notwendig bei pneumatischer Kohleförderung. Es werden die Spaltverluste vermindert.
Lösung D 4
Die schrägverzahnte Zellenradschleuße stellt eine Möglichkeit für eine kontinuierliche Dosierung bei pneumatischer Förderung dar.
Der Schrägversatz muß so ausgelegt sein, daß durch die Stege keine Unterbrechung der Dosierung erfolgt.
(1) Laufrad
(2) Luftabzug neben Einlauftrichter (3)
(2) u. (3) sind eine exzentrische Rohr-in-Rohr-Lösung.
Lösung D 5
Der Luftabzug (3) erfolgt wie bei der Lösung D 4.
Geändert ist der unterteilte Rotor (1) (2).
Es kann hier der Kalk mit zudosiert werden.
Einlaufkammer Kalk (4)
Einlaufkammer Kohle (5)
Zusatz:
Die Kalkbeigabe zum Brennstoff ist immer abhängig vom Schwefelgehalt des Brennstoffs und von der Eigeneinbindung des Brennstoffs.
Aus diesen Gründen variiert die Kalkzugabe sehr stark. Eine weitere Möglichkeit ist, den Brennstoff mit Kalk großtechnisch zu mischen.
E Transport
Die Darstellungen erfolgen in Fig. 17.
Lösung E 1
Der pneumatische Transport ist eine einfache gut funktionierende Lösung für Kohle und Asche.
Der für die Fluidisierung eingesetzte Lüfter findet eine Zusatzverwendung.
Lösung E 2
Die Schnecke oder Spirale ist die Alternative für die pneumatische Förderung.
Lösung E 3
Der Kettenförderer ist für Kohle- wie auch Aschetransport möglich.
Lösung E 4
Der Elevator ggf. in Verbindung mit Schwerkrafteinbringung in den Reaktor stellt eine Lösung dar.
Es gibt zwar eine Vielzahl weiterer Lösungen, sie sind jedoch für die kleinen Transportmengen nicht sinnvoll.
Aufgrund des einfachen Aufbaues der WSF wird eine Schütz/Relais-Steuerung das sinnvollste sein. Sollten bei einem späteren Bau der Anlage mehrere Überwachungsfunktionen erforderlich sein (z. Bsp. TÜV), oder sollte eine Teillastregelung erforderlich sein, so wäre eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) sinnvoll.
G Kohle/Asche-Bunker
G 1 Bauseits gestellter gemauerter Bunker
G 2 Geschweißter Kohlebunker
G 3 Blechsilo (auch für außen)
G 4 Stahlskelett-Kunststoffsilo (faltbar)
G 5 Aschetonne
G 6 Aschekübel im Heizraum
G 7 Einwegbehälter (Metall/Kunststoff)
G 8 BIG-BAG
H Filter
Die Darstellungen erfolgen in Fig. 18.
Lösung H 1
Der Zyklon ist eine Möglichkeit zur Abscheidung der festen Partikel.
Eine Zusatzvariante ist der Multizyklon für höhere Abscheiderdaten.
Lösung H 2
Die Absetzkammer ist eine weitere Möglichkeit zur Abscheidung.
Wie die Lösung H 1 kann auch sie kontinuierlich betrieben werden.
Lösung H 3
Ein Filter (2) (Keramikplatte, Siliziumflies, Aluminiumoxidflies, Sinterfilter u. a. m.) ist in einer elastischen Lagerung (1) eingespannt. Ein Motor mit Exzenter (3) oder ein anderer Schwinger sorgt für die Abreinigung.
Lösung H 4
Ein Impulsluftstrom aus der Mündung (1) gelangt durch die Düse (2). In der Düse (2) erfolgt eine Luftinjektion, so daß der Filter (3) durch den Impuls während des Betriebes gereinigt werden kann.
Lösung H 5
Sinterplatten a) oder Sinterpatronen b) für die Abluftreinigung.
Alternativ für niedrige Temperaturen Papierfilter.
Lösung H 6
Der Sandwichfilter H 6 kann als Filterelement in H 3 eingesetzt werden.
Der Filter kann z. Bsp. aus a) Kalkgranulat, b) Aktivkohle, c) Staubfilterflies bestehen.
Lösung H 7
Kombination aus verschiedenen Filtern.
Wirbelkammersystem mit Brennstoffrückhaltung Fig. 19
Elemente:
 1 Brenner
 2 Keramikkerze
 3 Brennraum
 4 Wärmetauscher
 6 Schleuse mit Kohlevorrat
 7 Kohleschnecke
 8 Brennerluft
 9 Wärmetauscherwendel
10 Isolierung
11 Vorheizraum
12 Kühlwasser ein
13 Kühlwasser aus
14 Abluftstutzen
15 Ascheabzug
16 Düse
18 Stutzen
19 Kopfplatte
Funktion:
Ein Öl- oder Gasbrenner (1), der vom Lüfter (8) mit Luft versorgt wird, brennt im Vorheizraum (11). Durch Stutzen (18) und Düse (16) gelangen die heißen Abgase in den eigentlichen Brennraum (3). Dieser wird so lange aufgeheizt, bis die Temperatur im Brennraum die Zündtemperatur der einzusetzenden Kohle überschritten hat. Nun wird über die Schleuse (6) und Kohleschnecke (7) Kohle in den Stutzen (18) gefördert und von dort mit den Abgasen des Brenners pneumatisch in den Brennraum (3) eingeblasen. Ist im Brennraum eine ausreichende Temperatur erreicht (sie ist abhängig von der eingesetzten Kohle), so kann der Öl- oder Gasbrenner (1) abgeschaltet werden. Die im Brennraum (3) verbrennenden Festbrennstoffpartikel werden an der Keramikkerze (2) zurückgehalten. Das gereinigte Abgas wird über die Wärmetauscherwendel (9) geführt und gibt seine Wärme an den Wärmetauscher (4) ab. Die Wasserführung des Wärmetauschers ist durch die Anschlüsse (12) und (13) gegeben.
Durch den Abluftstutzen (14) gelangen die Abgase in den Kamin. Die gut isolierte Kopfplatte verhindert zusätzliche Wärmeverluste.
Ist eine gewisse Zeit gebrannt, so erfolgt durch Rückwärtsblasen eine Abreinigung der Keramikkerze (2) und die herunterfallende Asche wird durch den Ascheaustrag (15) in die Aschetonne gefördert.
Nach kurzer Unterbrechungszeit kann der Ofen durch Zugabe von Luft und Brennstoff wieder in Betrieb genommen werden.
Ist eine längere Pause durch fehlende Wärmeabgabe gegeben, so muß die Anlage wieder mit dem Öl- oder Gasbrenner (1) gestartet werden.
Die mechanische Kohleschnecke (7) wie auch Ascheabzug (15) kann durch eine pneumatische Förderung ersetzt werden. Als weitere Alternative ist Kohleeintrag wie auch der Ascheaustrag durch Schwerkraft möglich.
Wirbelkammersystem mit Rezirkulation Fig. 20
 
1
 Brenner
 
2
 Innenrohr
 
3
 Umlenktopf
 
4
 Wärmetauscher
 
5
 Schleuse mit Aschefilter
 
6
 Schleuse mit Kohlevorrat
 
7
 Asche + Kohle
 
8
 Brennerluft
 
9
 Wärmetauscherwendel
10
 Isolierung
11
 Vorheizraum
12
 Kühlwasser ein
13
 Kühlwasser aus
14
 Abluftstutzen
15
 Ascheaustrag
16
 Düse
17
 Rückhaltebleche
18
 Stutzen
19
 Kopfplatte
20
 Isolierung
21
 Filter
22
 Filterschlauch
23
 Führungsrohr
Der Start der Anlage erfolgt in gleicher Weise wie bei der Anlage Fig. 19 mit dem Brenner (1). Die ausreichende Verweildauer der Brennstoffpartikel wird bei dieser Lösung durch die Elemente (2), (3) und (17) gewährleistet. Der durch die Düse (16) in das Innenrohr (2) einströmende Freistrahl wird durch Umlenktopf (3) wieder nach unten umgeleitet. Durch eine weitere Umlenkung werden die Abgase wieder nach oben gelenkt und die Partikel bewegen sich nach unten durch die Rückhaltebleche und gelangen wieder in den Freistrahl. Die Partikel werden so lange durchzirkuliert, bis sie ausreichend klein sind und bei der zweiten Umlenkung nicht mehr abgeschieden werden.
Abgas und Partikel, die nun über Wärmetauscherwendel (9) in den Filter gelangen, werden im Wärmetauscher (4) die Wärme entzogen. Eine entsprechend ausgelegte Isolierung (20) stellt die richtige Wärmeabfuhr an den Wärmetauscher sicher. Im Filter (21) selbst gewährleistet ein Führungsrohr (23), daß die Abgase zuerst nach unten geführt werden, bevor am eigentlichen Filterschlauch die Partikel von den Abgasen getrennt werden. Die Reinigung des Filterschlauches erfolgt während des Betriebes durch Druckluft-Jetimpuls.
Die Aschepartikel werden hier jedoch nochmals über die Schleuse (5) und Asche/Kohleschnecke (7) dem Brennprozeß zugeführt. Die gesamte Asche wird hier über den Ascheaustrag (15) in die Aschetonne gefördert.
Als Alternative ist pneumatischer Asche- wie auch Kohletransport möglich.
Wirbelkammersystem mit Rezirkulation Fig. 21 mit Unterdruck
Der Aufbau des Systems ist identisch mit Fig. 20. Der Unterschied besteht darin, daß der Lüfter nicht vor, sondern nach dem System angeordnet ist. Es wird sozusagen die Luft durch das System gesaugt.
Der Nachteil ist der reduzierte Druck, der Vorteil bei Undichtigkeiten treten keine Gase aus.
Wirbelkammersystem als Durchlaufreaktor Fig. 22 (hier Mehrfachreaktor)
 
1
 Brenner
 
2
 Nachreaktor
 
3
 Nachreaktor
 
4
 Wärmetauscher
 
5
 Schleuse mit Aschefilter
 
6
 Schleuse mit Kohlevorrat
 
7
 Asche + Kohle
 
8
 Brennerluft
 
9
 Wärmetauscherwendel
10
 Isolierung
11
 Vorheizraum
12
 Kühlwasser ein
13
 Kühlwasser aus
14
 Abluftstutzen
15
 Ascheabzug
16
 Düse
18
 Stutzen
19
 Kopfplatte
Der Unterschied zu Fig. 21 besteht in der Veränderung des Brennraumes. Statt eines rezirkulierenden Systems handelt es sich hier um eine sogenannten Durchlaufreaktor, der hier ein Mehrfachreaktor ist. Durch die Reihenschaltung der Nachreaktoren (2) und (3) wird die Verweilzeit im Brennraum erhöht und es erfolgt ein besserer Ausbrand.
Wirbelkammersystem als Durchlaufsystem Fig. 23 (2stufig)
 
1
 Brenner
 
2
 1. Stufe
 
3
 2. Stufe
 
4
 Wärmetauscher
 
5
 Schleuse mit Aschefilter
 
6
 Schleuse mit Kohlevorrat
 
7
 Asche + Kohle
 
8
 Brennerluft
 
9
 Wärmetauscherwendel
10
 Isolierung
11
 Vorheizraum
12
 Kühlwasser ein
13
 Kühlwasser aus
14
 Abluftstutzen
15
 Ascheabzug
16
 Düse
17
 Rückhaltebleche
18
 Stutzen
19
 Kopfplatte
20
 Eindüslanze (Sekundärluft/Sorbens)
Diese Anordnung stellt ebenfalls eine Variation des Brennraumes dar. Es ist hier ein Durchlaufsystem (3) mit einem Rezirkulationssystem (2) kombiniert.
Im Rezirkulationssystem (2) kann beispielsweise eine Vergasung oder Verbrennung erfolgen, während im Durchlaufsystem (3) die Nachverbrennung oder eine Schadstoffeinbindung stattfindet (oder beides), abhängig davon, was durch die Eindüslanze (20) zugegeben wird (Luft oder Sorbens oder beides).
Wirbelkammersystem als Durchlaufsystem Fig. 24 (3stufig)
 
1
 Brenner
 
2
 1. Stufe (Rezirkulation)
 
3
 2. Stufe (Durchlauf)
 
4
 Wärmetauscher
 
5
 Schleuse mit Aschefilter
 
6
 Schleuse mit Kohlevorrat
 
7
 Asche + Kohle
 
8
 Brennerluft
 
9
 Wärmetauscherwendel
10
 Isolierung
11
 Vorheizraum
12
 Kühlwasser ein
13
 Kühlwasser aus
14
 Abluftstutzen
15
 Ascheabzug
16
 Düse
17
 Rückhaltebleche
18
 Stutzen
19
 Kopfplatte
20
 3. Stufe (Rezirkulation)
Die Fig. 24 stellt wie die Fig. 20 ein Durchlaufsystem dar, ergänzt durch einen weiteren Rezirkulationsreaktor (20). Dieser weitere Rezirkulationsreaktor (20) hat bei einer Nachverbrennung den Vorteil des besseren Ausbrandes und bei einer Reinigungsstufe den Vorteil der besseren Ausnutzung des Sorbtionsmittels.
Wirbelkammersystem mit Stirlingmotor Fig. 25
- seitlich gekoppelt
- Erhitzer direkt im Brennraum
 1 Brenner
 2 Innenrohr
 3 Umlenktopf
 4 Wärmetauscher
 5 Schleuse mit Aschefilter
 6 Schleuse mit Kohlevorrat
 7 Asche + Kohle
 8 Brennerluft
 9 Wärmetauscherwendel
10 Isolierung
11 Vorheizraum
12 Kühlwasser ein
13 Kühlwasser aus
14 Abluftstutzen
15 Ascheabzug
16 Düse
17 Rückhaltebleche
18 Stutzen
19 Kopfplatte
20 Erhitzer
21 Verdränger
22 Regenerator
23 Kühler
24 Kolben
25 Getriebe
Das Verbrennungssystem wie auch die Funktionsweise ist mit dem in Fig. 21 identisch.
Zur Krafterzeugung ist ein Stirlingmotor seitlich angebaut bzw. gekoppelt. Der Erhitzer (20) des Stirlingmotors ragt direkt in den Brennraum.
Der Regenerator (22) ist zwischen Brennkammer und Wärmetauscher (4) angeordnet.
Der Kühler (23) ist mit dem Wärmetauscher (4) des Verbrennungssystems kombiniert.
Das Getriebe (25) wie auch eine angekoppelte Wärmepumpe oder ein Generator liegen außerhalb des Reaktors.
Wirbelkammersystem mit Stirlingmotor Fig. 26
- kopfseitig gekoppelt
- Erhitzer direkt im Brennraum
 1 Brenner
 2 Innenrohr
 3 Umlenktopf
 4 Wärmetauscher
 5 Schleuse mit Aschefilter
 6 Schleuse mit Kohlevorrat
 7 Asche + Kohle
 8 Brennerluft
 9 Wärmetauscherwendel
10 Isolierung
11 Vorheizraum
12 Kühlwasser ein
13 Kühlwasser aus
14 Abluftstutzen
15 Ascheabzug
16 Düse
17 Rückhaltebleche
18 Stutzen
19 Kopfplatte
20 Erhitzer
21 Verdränger
22 Regenerator
23 Kühler
24 Kolben
25 Getriebe
Das Verbrennungssystem ist identisch mit Fig. 21. Gegenüber Fig. 25 ist der Stirlingmotor kopfseitig gekoppelt. Die Positionierung von Erhitzer (20), Regenerator (22) und Kühler (23) ist wie bei Fig. 25.
Wirbelkammersystem mit Stirlingmotor Fig. 27
- kopfseitig gekoppelt
- Erhitzer direkt im Brennraum und Erhitzerwärmetauscher
 1 Brenner
 2 Innenrohr
 3 Umlenktopf
 4 Wärmetauscher
 5 Schleuse mit Aschefilter
 6 Schleuse mit Kohlevorrat
 7 Asche + Kohle
 8 Brennerluft
 9 Wärmetauscherwendel
10 Isolierung
11 Vorheizraum
12 Kühlwasser ein
13 Kühlwasser aus
14 Abluftstutzen
15 Ascheabzug
16 Düse
17 Rückhaltebleche
18 Stutzen
19 Kopfplatte
20 Erhitzer
21 Verdränger
22 Regenerator
23 Kühler
24 Kolben
25 Getriebe
26 Erhitzerwärmetauscher
27 Kühlerwärmetauscher
28 Innenisolierung
29 Luftvorwärmer (Luvo)
30 Isolierung
Der Aufbau ist vergleichbar mit Fig. 26. Ein zu sätzlicher Erhitzerwärmetauscher (26) wie auch Kühlerwärmetauscher (27) verbessern die Wärmeübertragung bzw. die Kühlung des Motors und der Wirkungsgrad erhöht sich. Durch eine Innenisolierung (28) wird die Wand des Vorheizraumes (11) entlastet. Der Luftvorwärmer (29) nutzt die über die Wand des Vorheizraumes abfließende Wärme.
Wirbelkammersystem mit Stirlingmotor Fig. 28
- Stirlingmotor seitlich beigestellt mit
- Erhitzerwärmetauscher und
- Kühlerwärmetauscher
 1 Brenner
 2 Innenrohr
 3 Umlenktopf
 4 Wärmetauscher
 5 Schleuse mit Aschefilter
 6 Schleuse mit Kohlevorrat
 7 Asche + Kohle
 8 Brennerluft
 9 Wärmetauscherwendel
10 Isolierung
11 Vorheizraum
12 Kühlwasser ein
13 Kühlwasser aus
14 Abluftstutzen
15 Ascheabzug
16 Düse
17 Rückhaltebleche
18 Stutzen
19 Kopfplatte
20 Erhitzer
21 Verdränger
22 Regenerator
23 Kühler
24 Kolben
25 Getriebe
26 Erhitzerwärmetauscher
27 Kühlerwärmetauscher
28 Spezialisolierung
Das Verbrennungssystem ist wieder identisch mit Fig. 21. Der Stirlingmotor ist hier seitlich beigestellt. Erhitzer (20) wir auch der Kühler (23) sind mit Erhitzerwärmetauscher (26) bzw. Kühlerwärmetauscher (27) gekoppelt. Es ist hier eine flexiblere Aufstellung von Verbrennungssystem und Motor möglich. Durch Erhitzer - wie auch Kühlerwärmetauscher wird der Schadraum des Stirlingmotors vergrößert und somit der Wirkungsgrad verringert. Verstärkt wird dieser Einfluß noch durch die Temperaturverluste der längeren Leitungen.
Wirbelkammersystem als Dampferzeuger Fig. 29
 
1
 Brenner
 
2
 Innenrohr
 
3
 Umlenktopf
 
4
 Wärmetauscher
 
5
 Schleuse mit Aschefilter
 
6
 Schleuse mit Kohlevorrat
 
7
 Asche + Kohle
 
8
 Brennerluft
 
9
 Wärmetauscherwendel
10
 Isolierung
11
 Vorheizraum
12
 Wasser ein (FW)
13
 (PD) Dampf
14
 Abluftstutzen
15
 Ascheabzug
16
 Düse
17
 Rückhaltebleche
18
 Stutzen
19
 Dampftrommel
Das Verbrennungssystem entspricht der Fig. 21. Bei dieser Anordnung wird statt Warmwasser Dampf erzeugt. Durch den Stutzen Wasser ein (12) wird entweder Frischwasser bei der Erzeugung von Prozeßdampf eingeleitet oder Kreislaufwasser. Im Wärmetauscher (4) erhitzt sich das Wasser und in der Dampftrommel (19) entsteht der Dampf. Durch den Dampfstutzen (13) gelangt er als Prozeßdampf in andere Systeme oder läuft im geschlossenen Kreislauf weiter.
Wirbelkammersystem mit Expansionsmotor Fig. 30
a) Reichgaserzeuger (Normalgas) und Gasmotor
b) Druckverbrennungssystem (auch gestufte Verbrennung) und Expansionsmotor
 1 Brenner
 2 Innenrohr mit Verdampfer und Ausblasöffnungen
 3 Umlenktopf
 4 Wärmetauscher
 5 Schleuse mit Aschefilter
 6 Schleuse mit Kohlevorrat
 7 Asche + Kohle - Spirale
 8 Brennerluft (Druck)
 9 Wärmetauscherwendel
10 Isolierung
11 Vorheizraum
12 Kühlwasser ein
13 Kühlwasser aus
14 Abluftstutzen
15 Ascheaustrag
16 Düse
17 Rückhaltebleche
18 Stutzen
19 Kopfplatte
20 Eindüslanze für Wasser
21 Wasser ein
22 Wasser aus
23 Gas ein
24 Gas aus
25 Gasmotor
26 Generator
27 Leitzylinder
28 Sekundärluftanschluß
29 Sekundärluftwärmetauscher
30 Absperrorgan
31 Absperrorgan
32 Jetimpulsanschluß
33 Anfahrbypaß
Gestartet wird diese Anordnung ebenfalls mit dem Brenner (1), der in den Vorheizraum (11) brennt. Über Stützen (18) und Düse (16) gelangen die heißen Abgase in den Brennraum und heizen ihn auf. Ist der Brennraum ausreichend aufgeheizt, so wird von der Kohleschleuse (6) über die Asche-Kohle-Spirale (7) die Kohle in den Luftstrom des Stutzens (18) eingebracht und in den Brennraum eingeblasen. Die Abgase gelangen über die Wärmetauscherwendel (9) in den Filter mit Leitzylinder (27). Die abgeschiedenen Partikel werden über die Schleuse (5) und Spirale (7) in den Brennraum zur mehrmaligen Durchzirkulation zurückgebracht. Über den Jetimpulsanschluß (32) wird der Filter gereinigt. Während der Startphase ist der Anfahrbypaß (33) geöffnet und der Motor wird nicht beaufschlagt. Nun wird durch öffnen des Absperrorgans (31) Sekundärluft über den Sekundärluftwärmetauscher (29) in das Innenrohr geblasen. In die vorerwärmte Sekundärluft gelangt über die Lanze (20) Wasser, das spätestens im Innenrohr (2) verdampft. Luft und Wasserdampf wird durch die Öffnungen im Innenrohr in den Brennraum eingeblasen. Durch entsprechende Zumischungen von Luft, Kohle, Sekundärluft und Wasserdampf läuft im Brennraum (Vergasungsraum) eine Vergasungsreaktion ab und es entsteht CO-, H₂ und CH₄-haltiges Gas, das nach schließen des Anfahrbypaßes (33) im Gasmotor in Wärme und mechanische Energie umgewandelt wird. Die mechanische Energie setzt ein Generator (26) in elektrische um. Es kann wahlweise auch eine Wärmepumpe betrieben werden. Weiterhin ist der Lüfter mit dem Motor koppelbar. Ein druckaufgeladenes System ist durch Auslegung aller Bauteile auf Druck realisierbar.
Weiterhin ist auch ein Druckverbrennungssystem mit reinem Expansionsmotor/turbine (ohne Verbrennung) möglich. Der Wirkungsgrad ist schlechter als bei der Gasmotorlösung, jedoch die Schadstoffemissionen sind geringer.
Zur besseren Gaserzeugung können Katalysatoren aus Oxiden der Metalle (Gr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu) eingesetzt werden.
Wirbelkammersystem mit Dampfturbine oder Dampfmotor Fig. 31
 
1
 Brenner
 
2
 Innenrohr
 
3
 Umlenktopf
 
4
 Wärmetauscher
 
5
 Schleuse mit Aschefilter
 
6
 Schleuse mit Kohlevorrat
 
7
 Asche + Kohle
 
8
 Brennerluft
 
9
 Wärmetauscherwendel
10
 Isolierung
11
 Vorheizraum
12
 Speisewasser ein
13
 Dampf aus
14
 Abluftstutzen
15
 Ascheabzug
16
 Düse und Konus
17
 Rückhaltebleche
18
 Stutzen
19
 Dampfkugel
26
 Generator
27
 Dampfturbine oder Dampfmotor
28
 Wärmetauscher (Kondensator)
29
 Speisewasserpumpe
Das Verbrennungssystem entspricht dem in Fig. 21. Die erzeugte Wärme wird hier an einen geschlossenen Dampfkreis abgegeben, wobei der eigentliche Dampf in der Dampfkugel (20) entsteht. Über die Dampfturbine oder Dampfmotor (27) wird der Dampf entspannt und die gewonnene mechanische Energie im Generator (26) in elektrische umgewandelt. Im Wärmetauscher (28) wird der Dampf kondensiert und durch die Speisewasserpumpe (29) der Wasserdruck erhöht und der Kreislauf beginnt von neuem. Die abgegebene Wärme im Wärmetauscher (28) kann weiterverwendet werden.
Wirbelkammersystem mit Expansionsmotor sowie Dampfturbine oder Dampfmotor Fig. 32
a) Reichgaserzeuger und Gasmotor
b) Druckverbrennungssystem (auch gestufte Verbrennung) und Expansionsmotor
 1 Brenner
 2 Innenrohr
 3 Umlenktopf
 4 Wärmetauscher
 5 Schleuse mit Aschefilter
 6 Schleuse mit Kohlevorrat
 7 Asche + Kohle
 8 Brennerluft
 9 Wärmetauscherwendel
10 Isolierung
11 Vorheizraum
12 Speisewasser ein
13 Dampf aus
14 Abluftstutzen
15 Ascheabzug
16 Düse und Konus
17 Rückhaltebleche
18 Stutzen
19 Eindüslanze (Sekundärluft oder Sorbens)
20 Dampfkugel
21 Wasser ein
22 Wasser aus
23 Gas ein
24 Gas aus
25 Expansionsmotor
26 Generator
27 Dampfturbine oder Dampfmotor
28 Wärmetauscher (Kondensator)
29 Speisewasserpumpe
30 Dampfbypaß mit Absperrung
31 Anfahrbypaß
Das Wirbelkammersystem, das im Aufbau und Funktion Fig. 30 entspricht wird hier mit Druck betrieben. Die durch die gestufte Verbrennung entstehenden Abgase werden im Expansionsmotor (25) in mechanische Energie umgewandelt. Zur Verbesserung der Verbrennung wie auch der Abgasqualität, kann durch die Eindüslanze (19) Sekundärluft oder Sorbens in den Brennraum zugegeben werden. Der Einsatz eines Dampfbypaßes (30) und somit möglicher Wasserdampfeinblasung in den Brennraum gestattet die Erzeugung von Gas. Bei dieser Variante wird der Expansionsmotor durch einen Generator mit innerer Verbrennung ersetzt. Weiterhin ist ein geschlossener Dampfkreislauf mit Dampfkugel (20), Dampfturbine oder Dampfmotor (27), Kondensator (28) sowie Speisewasserpumpe (29) gekoppelt. Die beiden Kraftmaschinen (Verbrennungs-/Expansionsmotor wie auch Dampfturbine/Dampfmotor) können auf einer Welle einen Generator antreiben wie auch den Verdichter für die Luft. Statt dem Generator ist auch Wärmepumpenbetrieb möglich.
Wirbelkammersystem mit Gaserzeugung, Gasreinigung und Nachverbrennung Fig. 33
 
1
 Brenner
 
2
 Innenrohr
 
3
 Umlenktopf
 
4
 Wärmetauscher
 
5
 Schleuse mit Aschefilter
 
6
 Schleuse mit Kohlevorrat
 
7
 Asche + Kohle
 
8
 Brennerluft
 
9
 Wendel
10
 Isolierung
11
 Vorheizraum
12
 Kühlwasser ein
13
 Kühlwasser aus
14
 Abluftstutzen
15
 Ascheabzug
16
 Düse mit Konus
17
 Leitzylinder
18
 Stutzen
19
 Kopfplatte
20
 Eindüslanze (Sorbens, Sekundärluft oder Wasserdampf)
21
 Sekundärluftstutzen
22
 Nachbrennraum
23
 Wärmetauscher
24
 Glühkeramik
Aufheizung (11), Kohlezudosierung (6), Flugascherückführung (5) wie auch Ascheabzug (15) sind identisch mit Fig. 21.
In einer ersten Stufe, die aus Innenrohr (2) und Umlenktopf (3) besteht, wird die Kohle entweder entgast oder bei Zugabe von Wasserdampf über die Eindüslanze (20) vergast. Die Zugabe von Sorbens dient der Schadstoffeinbindung und die Sekundärluftzugabe über die Eindüslanze der besseren Verbrennung.
Nun werden die Rohgase über die Wendel (9) geführt und abgekühlt und im nachgeschalteten Filter von Staub gereinigt. Das gereinigte Gas wird über die Wendel (9) wieder aufgeheizt über Zündtemperatur. Durch Zugabe von Luft über den Sekundärluftstutzen (21) erfolgt im Nachbrennraum (22) die Nachverbrennung. Die Wärme der Nachverbrennung wird zum Teil zur Aufheizung der gereinigten Gase verwendet. Zur sicheren Zündung der Gase im Nachbrennraum kann auch eine Zündquelle installiert werden. Der Einsatz einer Glühkeramik (24) ist ebenfalls möglich. Die Restwärme der Nachverbrennung wird über den Wärmetauscher (23) abgeführt.
Zur Zündunterstützung im Nachbrennraum kann eine Zünd- oder Glühkerze eingesetzt werden.
Wirbelkammersystem mit Gaserzeugung, Gasreinigung und Nachverbrennung sowie Kraftkopplung (Gas und Dampf) Fig. 34
 
1
 Brenner
 
2
 Innenrohr
 
3
 Umlenktopf
 
4
 Wärmetauscher
 
5
 Schleuse mit Aschefilter
 
6
 Schleuse mit Kohlevorrat
 
7
 Asche + Kohle
 
8
 Brennerluft
 
9
 Wendel
10
 Isolierung
11
 Vorheizraum
12
 Speisewasser ein
13
 Dampf aus
14
 Abluftstutzen
15
 Ascheabzug
16
 Düse mit Konus
17
 Leitzylinder
18
 Stutzen
19
 Dampfkugel
20
 Eindüslanze
21
 Sekundärluftstutzen
22
 Nachbrennraum
23
 Wärmetauscher
24
 Gasturbine (Expansionsmotor)
25
 Dampfturbine (motor) - Gegendruck
26
 Generator
27
 Speisewasserpumpe
28
 Verdichter
29
 Abgasstutzen
30
 Eindüslanze (Sekundärluft und Sorbens)
31
 Dampfeindüsung
Gaserzeugung, Gasreinigung und Nachverbrennung entsprechen Fig. 33.
Als Erweiterung ist die Kraftkupplung zugeschaltet. Über die Dampfkugel (19) wird Dampf erzeugt und in der Gegendruckturbine (25) entspannt.
Wird im Reaktionsraum (Nachbrennraum (22)) Gas erzeugt, so kann selbiges in der Gasturbine (24) verarbeitet werden. Bei druckaufgeladenem Betrieb kann die Gasturbine (24) durch eine reine Expansionsmaschine ersetzt werden.
Wirbelkammersystem mit Gaserzeugung, Gasreinigung und Nachverbrennung sowie Kraftkopplung (Gas und Dampf) mit Abgasrückführung und Luftvorwärmung Fig. 35
 
1
 Brenner
 
2
 Innenrohr
 
3
 Umlenktopf
 
4
 Wärmetauscher
 
5
 Schleuse mit Aschefilter
 
6
 Schleuse mit Kohlevorrat
 
7
 Asche + Kohle
 
8
 Brennerluft
 
9
 Wendel
10
 Isolierung
11
 Vorheizraum
12
 Speisewasser ein
13
 Dampf aus
14
 Abluftstutzen
15
 Ascheabzug
16
 Düse mit Konus
17
 Leitzylinder
18
 Stutzen
19
 Dampfkugel
20
 Eindüslanze
21
 Sekundärluftstutzen
22
 Nachbrennraum
23
 Wärmetauscher
24
 Gasturbine (Expansionsmotor)
25
 Dampfturbine (motor) - Gegendruck
26
 Generator
27
 Speisewasserpumpe
28
 Verdichter
29
 Abgasstutzen
30
 Abgasrückführung
Der Aufbau entspricht bezüglich Gaserzeugung, Gasreinigung und Nachverbrennung sowie Kraftkopplung Fig. 34. Über einen Wärmetauscher (23) wird die Verbrennungsluft zur Verbrennungsstabilisierung vorgewärmt. Weiterhin wird ein Teil der Abgase zur Verbrennungsluft zurückgeführt.
Wirbelkammersystem mit Gaserzeugung, Gasreinigung und Nachverbrennung sowie Wärme-Kraft-Kopplung (Gas und Dampf) Fig. 36
 
1
 Brenner
 
2
 Innenrohr
 
3
 Umlenktopf
 
4
 Wärmetauscher
 
5
 Schleuse mit Aschefilter
 
6
 Schleuse mit Kohlevorrat
 
7
 Asche + Kohle
 
8
 Brennerluft
 
9
 Wendel
10
 Isolierung
11
 Vorheizraum
12
 Speisewasser ein
13
 Dampf aus
14
 Abluftstutzen
15
 Ascheabzug
16
 Düse mit Konus
17
 Leitzylinder
18
 Stutzen
19
 Dampfkugel
20
 Eindüslanze
21
 Sekundärluftstutzen
22
 Nachbrennraum
23
 Wärmetauscher (Heizzwecke oder Prozeßwärme)
24
 Gasturbine (Expansionsmotor)
25
 Dampfturbine (-motor) - Kondensation
26
 Generator
27
 Speisewasserpumpe
28
 Verdichter
29
 Abgasstutzen
Der Grundaufbau entspricht Fig. 34 Zusätzlich zur Kraftkopplung wird über den Wärmetauscher (23) die anfallende Abwärme genutzt. Es wird dadurch der Gesamtwirkungsgrad erhöht.
Wirbelkammersystem mit Gaserzeugung, Gasreinigung und Nachverbrennung sowie Wärme-Kraft-Kopplung (Gas und Dampf) in Druckausführung Fig. 37
 
1
 Brenner
 
2
 Innenrohr
 
3
 Umlenktopf
 
4
 Wärmetauscher
 
5
 Schleuse mit Aschefilter
 
6
 Schleuse mit Kohlevorrat
 
7
 Asche + Kohle
 
8
 Brennerluft
 
9
 Wendel
10
 Isolierung
11
 Vorheizraum
12
 Speisewasser ein
13
 Dampf aus
14
 Abluftstutzen
15
 Ascheabzug
16
 Düse mit Konus
17
 Leitzylinder
18
 Stutzen
19
 Dampfkugel
20
 Eindüslanze
21
 Sekundärluftstutzen
22
 Nachbrennraum
23
 Wärmetauscher (Heizzwecke oder Prozeßwärme)
24
 Gasturbine (Expansionsmotor)
25
 Dampfturbine (-motor) - Kondensation
26
 Generator
27
 Speisewasserpumpe
28
 Verdichter
29
 Druckgefäß
Der Grundaufbau entspricht Fig. 36. Die Gesamtanlage ist jedoch als Druckanlage ausgeführt und wird durch das Druckgefäß (29) ergänzt. Die restlichen Anlagenteile sind ebenfalls für den Druckbetrieb auszulegen.
Aufbau
1 - Düse
2 - Konus
3 - Innenrohr
4 - Umlenktopf
Den prinzipiellen Grundaufbau eines Elementes stellt Fig. 38 dar.
Durch die Düse (1) wird Luft und Brennstoff in den Brennraum eingeblasen. Im Innenrohr strömt Luft und Brennstoff nach oben. Der Umlenktopf lenkt Luft und Brennstoff wieder nach unten um. Die beschleunigten Brennstoffpartikel fallen nach unten, wohingegen die Luft oder auch Abgase nach oben strömen. Im Konus (2) werden die Partikel gesammelt und in der Düse zum erneuten Durchzirkulieren zusammengeführt.
Leistungsvergrößerung
Will man in einen größeren Leistungsbereich gelangen, so ist die Möglichkeit einer geometrischen oder arithmetischen Baureihe gegeben.
Eine andere Möglichkeit ist die eines Baukastensystems. Ausgehend von einem Grundelement Fig. 38 können mehrere solcher in einer Reihe plaziert werden. Fig. 39. Eine weitere Steigerung ist in der flächigen Anordnung Fig. 40 gegeben.
Wirbelkammersystem mit internem Zyklon und Rezirkulation Fig. 41
 
1
 Brenner
 
2
 Innenrohr
 
3
 Umlenktopf
 
4
 Wärmetauscher
 
5
 Ascheabzug
 
6
 Schleuse
 
7
 Schnecke
 
8
 Brennerluft
 
9
 Wärmetauscherwendel
10
 Isolierung
11
 Vorheizraum
12
 Kühlwasser ein
13
 Kühlwasser aus
14
 Abluftstutzen
15
 Düse
16
 Zyklon
17
 Doppelventil
18
 Faltenbalg
19
 Nockenscheibe
Dieser Kesselaufbau ist durch einen zusätzlichen innenliegenden Zyklon (16) gekennzeichnet. Es wird dadurch ein hoher Abscheidegrad erzielt und die Kohlepartikel werden nicht abgekühlt. Über ein Doppelventil (17) werden die abgeschiedenen Partikel zurückgeführt. Faltenbälge (18) halten die Ventile geschlossen und eine Nockenscheibe (19) mit Antrieb steuert die Ventilbewegung. Das Doppelventil gewährleistet, daß von unten keine Luftströmung durch die Ventile gelangt und die Partikelabscheidung im Zyklon vermindert.
Wirbelkammersystem mit Rieselwärmetauscher (Dynamische Ventile und Rohrwärmetauscher) Fig. 42
1 Brennraum
2 Innenrohr
3 Umlenktopf
4 Dynamische Ventile (symmetrisch)
5 Wärmetauscher
6 Dynamische Ventile (asymmetrisch)
Der Kesselaufbau ähnelt Fig. 41, Unterschiede sind im Brennraum (1) gegeben.
Die durch Innenrohr und Umlenktopf abgeschiedenen Partikel werden über einen Rieselwärmetauscher mit dynamischen Ventilen zurückgeführt.
Dabei gibt es die Möglichkeit der symmetrischen (4) wie auch der asymmetrischen (6) Anordnung der dynamischen Ventile.
Wirbelkammersystem mit formveränderten Einbauten
Fig. 43 stellt Einbauten nach dem O-Prinzip dar. Das Innenrohr (1) und der Umlenktopf (2) bilden gemeinsam ein O.
Demgegenüber bildet in Fig. 44 Innenrohr (1) und Umlenktopf (2) ein X.
Schwingrostfeuerung Fig. 45
 
1
 Gebläse
 
2
 Primärluft
 
3
 Sekundärluft
 
4
 Dosierung
 
5
 Heizung
 
6
 Schwingsystem
 
7
 Wendelrost
 
8
 Wärmetauschwendel
 
9
 Wärmetaucher
10
 Aschekasten
11
 Isolierung
12
 Abgasstutzen
Die Luft vom Gebläse (1) wird auf Primär (2) - und Sekundärluft (3) aufgeteilt. Durch die Heizung wird Brennraum und Brennstoff aufgeheizt und der Brennstoff gezündet. Die Brennstoffzuführung erfolgt über die Dosierung (4). Der gezündete Brennstoff wird durch die Schwingbewegung des Schwingsystems (6) nach unten gefördert und fällt ausgebrannt in den Aschekasten (10). Die Abkühlung der Abgase erfolgt über Wärmetauschwendel (8) und Wärmetauscher (9).
Schwingrostfeuerung Fig. 46
 
1
 Gebläse
 
2
 Primärluft
 
3
 Sekundärluft
 
4
 Dosierung
 
5
 Heizung
 
6
 Schwingsystem
 
7
 Stufenwendelrost
 
8
 Wärmetauscherwendel
 
9
 Wärmetaucher
10
 Aschekasten
11
 Isolierung
12
 Abgasstutzen
13
 Staubabscheider
14
 Katalysator
Aufbau und Funktion ähneln Feuerung nach Fig. 45, doch einige Unterschiede sind gegeben.
  • - Das Gebläse (1) arbeitet hier saugend.
  • - Als Rost (7) findet eine Stufenwendel Anwendung.
  • - Die Wärmetauschwendel (8) wird fallend durchströmt.
  • - Ein Katalysator (14) sorgt für zusätzliche Nachverbrennung.
Schwingrost mit Wirbelkammer Fig. 47
 
1
 Gebläse (nicht dargestellt)
 
2
 Primärluft
 
3
 Sekundärluft
 
4
 Dosierung
 
5
 Heizung
 
6
 Schwingsystem
 
7
 Stufenwendelrost
 
8
 Wärmetauscherwendel
 
9
 Wärmetaucher
10
 Aschekasten
11
 Isolierung
12
 Abgasstutzen
13
 Staubabscheider (nicht dargestellt)
14
 Umlenktopf
15
 Innenrohr
16
 Dynamische Ventile
Funktion und Aufbau des Schwingrostes entsprechen Fig. 45 und Fig. 46.
Der Schwingrost soll hier als Vergaser oder erste Verbrennungsstufe dienen, während die nachgeschaltete Wirbelkammer mit Umlenktopf (14), Innenrohr (15) und Sekundärluft (3) als Nachbrennkammer oder 2. Verbrennungsstufe dient.
Die erste Stufe wird unter - die zweite Stufe überstöchiometrisch betrieben.

Claims (73)

1. Verfahren zur Energieerzeugung aus der Verbrennung (Vergasung) von (zerkleinerten) festen Energieträgern, wie Kohle, Holz, Biomasse und dgl. in einem mit einem Gasabzug versehenen Brennraum (Reaktor) einer Energieerzeugungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Luftstrom in den Brennraum eingeführt wird, der bei unter der Zündtemperatur des Energieträgers liegender Temperatur des Brennraumes so lange mit Fremdenergie aufgeheizt wird, bis die Zündtemperatur überschritten ist und daß eine Zeitspanne vor oder direkt nach dem Abschalten der Fremdenergie der Energieträger fortlaufend oder periodisch in wählbarer Menge in den Luftstrom eingeführt und in dem Brennraum im Luftstrom verbrennt (vergast) wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftstrom und die Zufuhr des Energieträgers bei heißem Brennraum für wählbare Zeiten wiederholt unterbrochen wird und daß Verbrennungsrückstände zumindest während dieser Zeit abgeführt werden.
3. Energieerzeugungseinrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Strömungsweg des Luftstroms vor dem Brennraum ein mit Fremdenergie beheizbarer, steuerbarer Lufterhitzer (Brenner) gelegt ist.
4. Energieerzeugungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftstrom von unten in den Brennraum einmündet.
5. Energieerzeugungseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Energieträger in den Brennraum einfällt.
6. Energieerzeugungseinrichtung nach Anspruch 3 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Energieträger nach dem Lufterhitzer in den Luftstrom einfällt und mit dem Luftstrom in den Brennraum strömt.
7. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 3 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftstrom in einem im Querschnitt U-förmigen Topf (Stutzen) von oben einströmt, daß in den Topf der Energieträger einfällt und daß aus dem Topf eine Düse nach oben in den Brennraum führt, durch welche der Energieträger mit dem Luftstrom aus dem Topf ausgetragen und in den Brennraum hochgeschleudert wird.
8. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 3 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in den Brennraum ein unten offenes und ggf. oben offenes bzw. als Filterkerze ausgebildetes Rohr mit Abstand von der Brennraumwandung eingesetzt ist, in das von unten der Energieträger mit dem Luftstrom gezielt eintritt und daß der untere Boden des Brennraumes kegelförmig nach unten verläuft und in die Düse übergeht, die in den von Verbrennungsrückständen entleerbaren Topf mündet.
9. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 3 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Brennkammern im Luftstrom hintereinander angeordnet sind und durchströmt werden.
10. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftstrom mit dem Energieträger von oben in den Brennraum auf einen Verbrennungsrost geführt und über den Verbrennungsrost zunächst nach unten geleitet ist.
11. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 3 oder folgende dadurch gekennzeichnet, daß eine Gas - oder Wärmeerzeugungseinrichtung in Wirbelkammertechnologie in Kraftmaschine mit innerer oder äußerer Verbrennung zur Erzeugung von Strom über mechanische Energie vorgesehen ist sowie Wärme und/oder Gas und/oder elektrische Energie erzeugt wird.
12. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 3 oder folgende dadurch gekennzeichnet, daß Wärmeerzeugungseinrichtung über Wärmetauscher mit Kraftmaschine mit äußerer Verbrennung (Dampfmotor, Dampfturbine, geschlossene Heißgasmaschine) gekoppelt ist.
13. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 3 oder folgende dadurch gekennzeichnet, daß Gaserzeugungseinrichtung mit Nachverbrennungseinrichtung zusammen mit Kraftmaschine mit äußerer Verbrennung (offene Expansionsmaschine) gekoppelt ist.
14. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 3 oder folgende dadurch gekennzeichnet, daß Gaserzeugungseinrichtung mit Kraftmaschine mit innerer Verbrennung (Gasmotor, -turbine) gekoppelt ist.
15. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 3 oder folgende dadurch gekennzeichnet, daß Wärmeerzeugseinrichtung alleine betreibbar ist.
16. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 3 oder folgende dadurch gekennzeichnet, daß Gaserzeugungs- und Nachverbrennungseinrichtung alleine betreibbar ist, wobei die Nachverbrennungseinrichtung auch entfallen kann.
17. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 3 oder folgende dadurch gekennzeichnet, daß Gaserzeugungseinrichtung mit Nachverbrennungseinrichtung über Wärmetauscher mit Kraftmaschine mit äußerer Verbrennung (Dampfmotor, -turbine, geschlossene Heißgasmaschine) gekoppelt ist.
18. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 3 oder folgende dadurch gekennzeichnet, daß Wärmeerzeugungseinrichtung unter Überdruck mit offener Expansionsmaschine gekoppelt ist.
19. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 3 oder folgende dadurch gekennzeichnet, daß Vergasungs- und Nachverbrennungseinrichtung unter Überdruck mit offener Expansionsmaschine gekoppelt ist.
20. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 11-19 dadurch gekennzeichnet, daß statt der Erzeugung von elektrischer Energie die Kopplung einer Wärmepumpe möglich ist oder Generator und Wärmepumpe angekoppelt werden.
21. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 3 oder folgende dadurch gekennzeichnet, daß Wärme- bzw. Gaserzeugungseinrichtung ein Wirbelkammersystem ist.
22. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 21 dadurch gekennzeichnet, daß Wirbelkammersystem im Unterdruck (saugend), leichten Überdruck (drückend) oder als reines Überdrucksystem betreibbar ist.
23. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß Wirbelkammersystem aus den Einzelkomponenten Unterbau (A), Reaktor (B), Wärmetauscher (C), Dosierung (D), Transporteinrichtung (E), Steuerungs/Regelung (F), Kohle/Aschebunker (G) und Filter (H) besteht.
24. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 21 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß Wirbelkammersystem modular aufgebaut ist und als Linie nebeneinander oder in der Fläche vervielfältigbar ist.
25. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterbau mit Öl, Gas oder elektrischem Strom beheizbar ist.
26. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 23 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohleeinbringung und Ascheausbringung im Unterbau mechanisch, pneumatisch oder durch Schwerkraft erfolgt.
27. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 23 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftvorwärmung im Unterbau durch einen Wärmetauscher verstärkt wird.
28. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff direkt in den Reaktor eingebracht wird oder dem Luftstrom aufgegeben wird.
29. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 23 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft zentral als Freistrahl oder tangential in den Reaktor eintritt.
30. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 23 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterbau innen und außen mit hitzebeständigem Material isoliert ist.
31. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 23 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß die über die Oberfläche des Vorheizraums im Unterbau abfließende Wärme über Doppelmantel zur Luftvorwärmung genutzt wird.
32. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 23 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelkegel des Reaktors mit Düse axiales und radiales Spiel im Stutzen hat. (Fig. 10A 10 Nr. 8; Nr. 5)
33. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 23 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor als Reaktor mit Brennstoffrückhaltung (B 1 bis B 4), Reaktor mit Rezirkulation (B 5 bis B 8; B 11 bis B 14), Durchlaufreaktor (B 9, B 10) oder Mehrfachreaktor (B 15, B 16) ausgeführt sein kann und aus hitzebeständigem Material besteht (Metall oder Keramik). (Fig. 11, 12, 13)
34. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 23 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor als Zweifachreaktor (Fig. 14) oder Mehrfachreaktor ausgeführt sein kann. (Fig. 22, 23, 24)
35. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 23 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher als Spirale, glattes Rohr mit Innenwendel, Innenrippenrohr oder Kombination aus verschiedenen Lösungselementen ausgeführt ist. (Fig. 15)
36. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 23 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierung mit gerader oder schrägverzahnter Schleuse, Gurtband oder Schnecke erfolgt.
37. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 23 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß der Transport des Brennstoffs mechanisch, pneumatisch oder durch Schwerkraft erfolgt.
38. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 23 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß Fliehkraftabscheider, Absetzkammer, Sinterfilter und Schlauchfilter mit pneumatischer und mechanischer Abreinigung als Filter eingesetzt werden.
39. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 23 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung/Regelung eine speicherprogrammierbare Steuerung eingesetzt wird.
40. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 23 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Reaktor und Wärmetauscher ganz oder teilweise eine hitzebeständige Isolierung eingebaut ist.
41. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 23 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlauchfilter durch einen metallischen Führungsmantel geschützt sind.
42. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 23 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschiedene Asche aus dem Filter über eine Schleuse wieder in den Reaktor zurückgeführt wird.
43. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 12 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß Wirbelkammersystem mit Stirlingmotor seitlich gekoppelt ist und der Erhitzer direkt im Brennraum plaziert ist. (Fig. 25)
44. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 12 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß Wirbelkammersystem mit Stirlingmotor kopfseitig gekoppelt ist und der Erhitzer direkt im Brennraum plaziert ist. (Fig. 26)
45. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß im Wirbelkammersystem zusätzlich ein Erhitzerwärmetauscher eingebaut ist. (Fig. 27)
46. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 12 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß am Wirbelkammersystem der Stirlingmotor seitlich beigestellt und im Wirbelkammersystem Erhitzerwärmetauscher bzw. Kühlerwärmetauscher eingebaut ist. (Fig. 28)
47. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß Wirbelkammersystem mit Dampferzeuger gekoppelt ist.
48. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß Wirbelkammersystem mit Gasmotor gekoppelt ist. (Fig. 30)
49. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Reaktor und Wärmetauscher ganz oder teilweise eine Hitzebeständige Isolierung eingebaut ist.
50. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 48 oder 49, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage durch einen geöffneten Bypass gestartet wird.
51. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 12 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß Wirbelkammersystem mit Dampfturbine/-motor unter Ausnutzung der Abwärme gekoppelt wird. (Fig. 31)
52. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 48 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Dampfkreislauf gekoppelt ist. (Fig. 32)
53. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf für die Vergasung aus dem Dampfprozeß entnommen wird.
54. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 48 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Vergasgung benötigte Dampf durch Wärmetauscher im Brennraum verdampft wird.
55. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 16 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß Wirbelkammersystem aus Vergasungs- und Nachverbrennungssystem besteht, wobei die Wärme der Nachverbrennung ganz oder teilweise zur Vergasung und zur Aufheizung des gereinigten Gases genutzt wird. (Fig. 33)
56. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dampfkreislauf und eine Abgasturbine angekoppelt sind. (Fig. 34)
57. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verdichter mit den Kraftmaschinen auf einer Welle mit Generator gekoppelt ist und das Gesamtsystem im Überdruck arbeitet.
58. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, daß die verdichtete Luft vorgewärmt wird und Abgase teilweise zur Verbrennungsluft zurückgeführt werden. (Fig. 35)
59. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 56 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß über Wärmetauscher Wärmeauskopplung möglich ist. (Fig. 36)
60. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 59, dadurch gekennzeichnet, daß bei hohem Systemdruck Filter, Kohlebunker und Aschebehälter druckfest gekapselt sind. (Fig. 37)
61. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 23 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Lanze Sekundärluft, Brennstoff oder Sorbens in den Brennraum/Nachbrennraum eingedüst werden. (Fig. 23)
62. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 55 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündung des aufgeheizten Gases im Nachbrennraum durch Reaktorwärme, Glüh- oder Zündkerze erfolgt.
63. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 55 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachbrennraum mit einer Glühkeramik ausgekleidet ist.
64. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 21 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirbelkammersystem als Wärmeerzeuger (Verbrennung) oder Gaserzeuger (Entgasung, Vergasung) arbeitet.
65. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 23 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß dynamische Ventile in Verbindung mit einem Rohrwärmetauscher als Rieselkühler verwendet werden. (Fig. 12B 7)
66. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 23 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß zwei senkrecht mit radialem und axialem Spiel im Brennraum eingebaute Rohrschüsse, wobei der äußere und obere oben geschlossen ist, einen Schleifenreaktor darstellen. (Fig. 20)
67. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß Wirbelkammersystem aus Absetzkammer (zwei Rohrschüsse) und Zyklon mit nockengesteuertem Doppelventil als Partikelrückführeinrichtung besteht. (Fig. 41)
68. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß Wirbelkammersystem mit symmetrischen oder asymmetrischen Rieselwärmetauschern ausgerüstet ist. (Fig. 42)
69. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß Wirbelkammersystem mit inneren Einbauten nach O-Anordnung (Fig. 43) oder nach X-Anordnung (Fig. 44) ausgerüstet ist.
70. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß statt dem Wirbelkammersystem ein Schwingrost in Form einer Wendel als Feuerungssystem dient. (Fig. 45)
71. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 70, dadurch gekennzeichnet, daß statt der Wendel ein Stufenwendelrost Anwendung findet. (Fig. 46)
72. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß Wirbelkammersystem mit Vorstufe Schwingwendelrost (Fig. 45) oder Stufenwendelrost (Fig. 46) gekoppelt ist und somit ein zwei- oder mehrstufiges Verbrennungssystem darstellt. (Fig. 47)
73. Erzeugungseinrichtung nach Anspruch 33 oder folgende, dadurch gekennzeichnet, daß Reaktoreinbauten ungekühlt, wassergekühlt oder luftgekühlt sind und daß die erhitzte Luft als Sekundärluft verwendet wird.
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