DE4417082C1

DE4417082C1 - Reaktor zum thermischen Vergasen von festem Brennstoff

Info

Publication number: DE4417082C1
Application number: DE4417082A
Authority: DE
Inventors: Franz Josef Meurer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-05-17
Filing date: 1994-05-17
Publication date: 1995-10-26
Anticipated expiration: 2014-05-18

Description

Die Erfindung betrifft einen Reaktor zum thermischen Vergasen von festem Brennstoff mit einer Brennstoffzuführung im Reak torboden, einem vertikalen Brennstofförderer zur Förderung der Brennstoffe in einen mit dem Brennstoff befüllbaren Ver gasungsraum, einer in Düsen mündenden Zuführungsleitung für vorerwärmte Primärluft in den Vergasungsraum, einer Ascheab führungsvorrichtung und mit einem mit Sekundärluft versorgba ren, über dem Vergasungsraum angeordneten Nachverbrennungs raum, in den die aus dem Brennstoff entstandenen Gase gelan gen.

Ein derartiger Reaktor ist durch EP 0 136 255 B1 bekannt. Der vertikale Brennstofförderer ist durch eine Förderschnecke ge bildet, die von einem zylindrischen Mantel umgeben ist. Der durch die Förderschnecke nach oben geförderte Brennstoff ge langt in einen Vergasungsraum, der in dem durchgehend zylin drisch ausgebildeten Reaktor gebildet ist. Auf dem durch die stufenförmige Erweiterung von dem Förderschneckenmantel zum Vergasungsraum gebildeten Ringboden ist ein Drehschieber gela gert, mit dem nicht brennbares Material in eine auf dem Ring boden ausgebildete Auslaßöffnung schiebbar ist, hinter der das Material mittels einer Förderschnecke durch eine Wasser schleuse austragbar ist. Der Brennstoff bildet in dem Verga sungsraum ein Brennstoffbett, auf das ein seitlich geführtes Füllstandssieb gelegt ist, dessen Höhe durch einen Sensor ab tastbar ist, der die Brennstoffzufuhr so regelt, daß eine im wesentlichen konstante Höhe des Brennstoffbettes erzielt wird. Zwischen dem Ringboden und dem Drehschieber befinden sich Ein laßdüsen für Primärluft, die als angesaugte Frischluft durch Ringräume der Wände des Reaktors im Bereich des Vergasungsrau mes auf- und abgeführt - und damit vorerwärmt - worden ist.

Oberhalb des Vergasungsraumes befinden sind Zufuhrdüsen für Sekundärluft, durch die das entstandene Gas so erhitzt wird, daß Teer- und Phenolfraktionen innerhalb einer stark reduzie renden Atmosphäre beseitigt werden. Oberhalb des so gebildeten Zwischenvergasers ist ein Sekundärvergaser gegenüber dem Zwischenvergaser mit einem Ringrost abgeschlossen. Der Ringrost ist etwa spitzkegelig ausgebildet und weist unterhalb des Spitzkegels eine Ringdüse auf, durch die das Gas des Zwischenvergasers in den Sekundärvergaser eintritt. Auf dem Ringrost befindet sich ein Koksbett, das von dem Gas durch strömt wird, wodurch dieses reduziert wird.

Die EP 0 531 778 A1 offenbart einen Gleichstromvergaser mit einer Verbrennungskammer, die unten höchstens durch einen Rost zur Ascheentfernung abgeschlossen ist und im Inneren der Ver brennungskammer eine rotierende Schnecke aufweist, um das zu vergasende und an der Feuerungszone durchgegangene Material nach oben zu speisen.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Reak tor der bekannten Art hinsichtlich seiner Wirksamkeit zu ver bessern und möglichst konstruktiv einfacher auszugestalten.

Die Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen aus dem Kennzeichen der Patentanspruchs 1.

Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Ausgestaltungen des Reaktors.

In dem erfindungsgemäßen Reaktor werden die Vergasungsgase durch die vorerwärmte Primärluft gezündet. Die so gebildeten Rauchgase zünden den bei der Vergasung gebildeten Halbkoks ihrerseits. Der Vergasungsraum weist an seiner Oberseite eine große, dem Reaktorinnenquerschnitt entsprechende Querschnitts fläche auf, die den Ausbrand des Halbkokses ermöglicht. Die für die Vergasung üblicherweise notwendige Wärme wird durch Rückstrahlung des brennenden Halbkokses erzeugt. Die bei der Vergasung auftretenden Teere und Phenole werden durch die Primärluft abgebrannt und Reste beim Durchtritt durch das glühende Halbkoksbett, das sich an der Oberseite des Brenn stoffbettes befindet, quantitativ umgesetzt. Durch die Zufuhr von Sekundärluft findet im Nachverbrennungsraum eine Nachver brennung statt, durch die eine erhebliche Wärmemenge freige setzt wird. Durch die Wärmestrahlung reflektierende Wand wird die Wärmemenge auf den Halbkoks an der Oberseite des Brenn stoffbettes reflektiert und bewirkt den vollständigen Ausbrand des Halbkokses. Die dabei übrigbleibende Asche fällt in die Ascheabführöffnung, die sich an der Oberseite des Vergasungs raumes befindet. Der Abtransport der Asche in die Ascheabführ öffnung kann vorzugsweise durch einen radial nach außen wirk samen Förderer unterstützt werden, von dem aus radial außen die Ascheabführöffnung angeordnet ist.

Während bei dem bekannten Reaktor in dem Vergasungsraum inner halb des Brennstoffbettes ein kontinuierlicher Temperaturab fall von unten nach oben auftritt, wird bei dem erfindungsge mäßen Reaktor in dem Brennstoffbett selbst eine Halbkoks schicht ausgebildet, die durch die aus der Nachverbrennungs kammer reflektierte Wärme stark aufgeheizt wird, so daß zur Oberseite des Brennstoffbettes hin ein relativer Temperatur anstieg entsteht. Hierdurch wird eine jedenfalls verbesserte Umsetzung des Halbkokses und der entstandenen schweren Frak tionen erreicht, so daß auf einen Sekundärvergaser häufig ver zichtet werden kann.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Ent gasungsraum trichterförmig auf den Querschnitt des Reaktors erweiterte Wände auf, die sich an den Mantel des vorzugsweise als Förderschnecke ausgebildeten Brennstofförderers an schließen. Der Mantel der Förderschnecke - und damit die Win dungen der Förderschnecke - kann ebenfalls von unten nach oben trichterförmig erweitert ausgebildet sein, so daß die Wände des Mantels stetig in die Wände des Trichters übergehen.

Das Rührwerkzeug ist vorzugsweise durch ein spiralförmig ge wundenes Langmaterial mit einem sich entsprechend dem trich terförmigen Bandverlauf nach oben vergrößernden Durchmesser gebildet. Durch das während der Vergasung wirksame Rührwerk wird der Brennstoff stetig aufgelockert und an Klumpenbildun gen gehindert, wodurch die vollständige Vergasung behindert werden würde. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Langmaterial ein Rohr, das einen Teil der Zuführungs leitung für die Primärluft bildet. Auf diese Weise ist das Rührwerk einerseits luftgekühlt, andererseits wird die Primär luft intensiv in dem Brennstoffbett des Vergasungsraumes vor erwärmt.

Zweckmäßigerweise ist mittig in dem Vergasungsraum ein Zylin der drehbar angeordnet und im Boden des Reaktors gelagert, wobei der Zylinder eine den vertikalen Brennstofförderer bil dende Förderschnecke und das Rührwerkzeug trägt. Auch der In nenraum des Zylinders kann in einer bevorzugten Ausführungs form Primärluft fördern, wenn das das Rührwerkzeug bildende Rohr mit dem Innenraum des Zylinders zur Ausbildung eines Luftkreislaufs für die Primärluft verbunden ist. Dabei ist zweckmäßigerweise das bodenseitige Ende des Zylinders als Doppelzylinder ausgebildet, dessen Ringraum mit einem ersten Ende des Rohres und dessen Innenraum mit einem zweiten Ende des Rohres kommuniziert.

Der an der Oberseite des Vergasungsraumes angeordnete, radial nach außen wirksame Förderer ist zweckmäßigerweise ein mit dem Rührwerkzeug verbundenes Blech und benötigt daher keinen eige nen Antrieb.

Für den Vergasungsvorgang ist es vorteilhaft, wenn die Düsen für die Primärluft auf gleicher Höhe zwischen dem vertikalen Brennstofförderer und dem Rührwerkzeug ringförmig auf der Wand des Vergasungsraumes gleichmäßig verteilt angeordnet sind.

Die Temperaturerhöhung an der Oberseite des Brennstoffbettes durch die reflektierte Wärmestrahlung wird noch dadurch ver stärkt, daß die die Wärmestrahlung reflektierende Wand domar tig nach oben gewölbt ausgebildet ist und eine zentrale Gas durchtrittsöffnung aufweist. Die zentrale Gasdurchtrittsöff nung sorgt für einen maximalen Kontakt zwischen heißem Gas und der domartig gewölbten Wand, wodurch diese maximal aufheizt und daher auch eine maximale Wärmestrahlung in Richtung Brenn stoffbett abgeben kann. Die Wand ist dabei vorzugsweise sphärisch gewölbt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist oberhalb der die Wärmestrahlung reflektierenden Wand eine weitere domartig ge wölbte Wand mit einer durch einen Ringspalt mit der Reaktor wand gebildeten Gasdurchtrittsöffnung angeordnet. Das in dem Reaktor aufsteigende heiße Gas wird an der weiteren domartig, vorzugsweise sphärisch, gewölbten Wand um nahezu 180° umge lenkt, bevor es nach einer weiteren Umlenkung um wenigstens 180° durch die Gasdurchtrittsöffnung nach oben aufsteigt und dann den Reaktor vorzugsweise über eine Rauch-/Rohgasleitung verläßt. Bei beiden Umlenkungen des Gasstroms wird in dem Gas strom enthaltener Flugstaub von dem Gasstrom getrennt und fällt auf die Oberseite der ersten domartig gewölbten Wand, die vorzugsweise mit der Wand des Reaktors einen ringförmigen Spalt ausbildet, über den der Flugstaub in die Asche gelangt. Der ringförmige Spalt kann zweckmäßigerweise mit der Ascheab führungsöffnung verbunden sein. Wenigstens die die Wärmestrah lung reflektierende Wand ist aus feuerfestem Material gebil det.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Die Zeichnung zeigt einen Vertikalschnitt durch einen Reaktor mit schematischen, teilweise weggebrochenen Darstellungen von Leitungen und Fördereinrichtungen.

Auf einem Maschinengestell 1 ist ein Reaktorkessel 2 be festigt. Der Reaktorkessel 2 weist einen Boden 3 auf, in dem eine als Hohlzylinder 4 ausgebildete Welle einer Förder schnecke 5 gelagert ist. Die Förderschnecke 5 vergrößert ihren Durchmesser nach oben entsprechend einer trichterförmigen Er weiterung der vom Boden ausgehenden Wände 6. Die Wände setzen sich in einen oberhalb der Förderschnecke 5 befindlichen Ver gasungsraum 7 fort, der mit einem Brennstoffbett 8 gefüllt ist. Oberhalb des Vergasungsraums 7 befindet sich eine Nach verbrennungskammer 9, in die eine mittig nach oben gerichtete Düse 10 zum Einblasen von Sekundärluft mündet. In der Nachver brennungskammer befindet sich oberhalb der Düse 10 eine dom artig, sphärisch nach oben gewölbte Wand 11 aus feuerfestem Material, die die Nachverbrennungskammer 9 über den gesamten Innenquerschnitt des in diesem Bereich zylindrischen Reaktors nach oben abschließt und eine zentrale Gasdurchtrittsöffnung 12 aufweist.

Oberhalb der ersten domartig gewölbten Wand 11 ist eine zweite domartig, sphärisch gewölbte Wand 13 ohne Gasdurchtrittsöff nungen angeordnet. Zwischen den äußeren Enden der zweiten dom artig gewölbten Wand 13 und der zylindrischen Wand des Reak torkessels 2 ist ein Ringspalt 14 ausgebildet, über den das zweimal umgelenkte Gas auf die Oberseite der zweiten domartig gewölbten Wand 13 und von dort hin in einen Gasauslaßstutzen 15 gelangt. Radial außen von den freien Enden der ersten dom artig gewölbten Wand 11 ist ein ringförmiger Spalt 16 ausge bildet, über den der ausgefallene Flugstaub in die Asche ge langt.

Eine mit Absperr- und Dosierventilen 17 versehene Zuführungs leitung 18 für Frischluft ist mit der Sekundärluftdüse 10 ver bunden.

In dem Vergasungsraum 7, der oberhalb der Förderschnecke 5 ausgebildet ist, ist an dem Zylinder 4 ein spiralförmig gewen deltes Rohr 19 befestigt, das mit dem drehenden Zylinder 4 als Rührwerk dient. Entsprechend der trichterförmigen Erweiterung der Wand 6 auf der Höhe des Vergasungsraumes 7 ist auch der Durchmesser des spiralförmig gewendelten Rohres 19 nach oben hin vergrößert. Der Zylinder 4 erstreckt sich bis zur Ober seite des Vergasungsraums 7 und sein Innenraum mündet in das obere Ende des Rohres 19. Über ein Druckgebläse 20 für Frisch luft und eine Zuführungsleitung 21 wird dem Innenraum des Zylinders Frischluft über ein Dreheinlaßventil 22 zugeleitet. Die Frischluft durchläuft das Rohr 19 von oben nach unten. Das untere Ende des Rohres 19 mündet in einen im unteren Teil des Zylinders 4 eingesetzten Innenzylinder 23, dessen Innenraum mit einer in einen Ringkanal 24 mündenden Leitung 21′ über geht. Aufgrund des Innenzylinders 23 erfolgt die Frischluftzu fuhr im unteren Teil des Zylinders 4 in dem Ringraum zwischen Innenzylinder 23 und Wand des Zylinders 4. Von dem Ringkanal 24 aus münden Primärluftdüsen 25 in den Vergasungsraum 7. Die Primärluftdüsen 25 sind alle auf gleicher Höhe des Vergasungs raumes 7 dicht oberhalb der Förderschnecke 4 und über die kegelzylindrische Wand 6 in gleichen Abständen verteilt ange ordnet.

Mit dem Zylinder 4 ist an seinem oberen Ende, stabilisiert durch den oberen Teil des Rohres 19, ein Drehflügel 26 in Form eines vertikal stehenden flachen Bleches befestigt. Der Dreh flügel transportiert die oberste Schicht des ausgebrannten Halbkokses des Brennstoffbettes 8 radial nach außen in eine dort angeordnete Ascheaustragsöffnung 27, über die die Asche in eine Ascheaustragsschnecke 28 gelangt.

In die Wand 6 mündet im Bereich der Förderschnecke 5 eine senkrecht zur Wand 6 stehende Zuführschnecke 29, in die der frische Brennstoff über einen Aufgabestutzen 30 gelangt.

Die Wand 6 des Reaktorkessels 2 ist im Bereich des Vergasungs raumes 7 und der Nachbrennkammer 9 mit einer Feuerfestver kleidung 31 ausgekleidet.

Der Brennstoff gelangt über den Aufgabetrichter 30 und die Zuführschnecke 29 dosiert in den Bodenbereich des Brennstoff kessels 2, von wo er durch die Förderschnecke 5 nach oben in das Brennstoffbett 8 gedrückt wird. Durch die Primärluftzufuhr über die Primärluftdüsen 25 wird die Verbrennung bereits ent standener Gase bewirkt. Aufgrund des stetigen Fördervorganges wird der teilweise entgaste Brennstoff in dem Brennstoffbett 8 nach oben gedrückt, wobei das Rohr 19 als Rührwerkzeug einer etwaigen Klumpenbildung des Brennstoffes entgegenwirkt. Ein Verkleben des heißen Brennstoffes an dem Rohr 19 und dem Zylinder 4 wird durch die über die Leitung 21 eingeblasene Frischluft verhindert, da diese für eine Luftkühlung des Zylinders 4 und des Rohres 19 sorgt. Die so vorerwärmte Luft gelangt durch die Leitung 21′ in die Düsen 25 als Primärluft.

Das entstandene Gas verläßt das Brennstoffbett 8 und gelangt in die Nachbrennkammer 9, wo die Sekundärluft für ein erneutes Verbrennen und einen Temperaturanstieg sorgt. Das nachver brannte Gas tritt durch die zentrale Gasdurchtrittsöffnung 12 in den Bereich oberhalb der ersten domartig gewölbten Wand 11 und unterhalb der zweiten domartig gewölbten Wand 13 ein. Das Gas wird dabei um nahezu 180° nach unten umgelenkt, wodurch mitgerissene Feststoffpartikel aus dem Gasstrom ausfallen. Gleiches geschieht bei der weiteren Umlenkung des Gases um wenigstens 180° beim Durchtritt durch den Ringspalt 14, so daß weitgehend entstaubtes Rohgas am Rohgasausgangsstutzen 15 zur Verfügung steht.

Die Funktion des erfindungsgemäßen Reaktors wird vorzugsweise durch Sensoren überwacht, so daß automatisch insbesondere die Temperaturen in den kritischen Bereichen, insbesondere auf der Oberseite des Brennstoffbettes 8 und in der Nachverbrennungs kammer 9 in vorgegebenen Bereichen gehalten werden. Auf diese Weise ist ein vollautomatischer Betrieb des Reaktors möglich. Dennoch kann die Wand des Reaktors mit (nicht dargestellten) Schaugläsern versehen sein, die eine optische Überprüfung des Verbrennungsvorganges im Reaktorkessel 2 ermöglichen.

Bezugszeichenliste

1 Maschinengestell
2 Reaktorkessel
3 Boden
4 Zylinder
5 Förderschnecke
6 Wand
7 Vergasungsraum
8 Brennstoffbett
9 Nachverbrennungskammer
10 Düse
11 Wand
12 Gasdurchtrittsöffnung
13 Wand
14 Ringspalt
15 Gasauslaßstutzen
16 Spalt
17 Absperr- und Dosierventil
18 Zuführungsleitung
19 Rohr
20 Druckgebläse
21 Zuführungsleitung
21′ Leitung
22 Dreheinlaßventil
23 Innenzylinder
24 Ringkanal
25 Primärluftdüse
26 Drehflügel
27 Ascheaustragsöffnung
28 Aschaustragsschnecke
29 Zuführschnecke
30 Aufgabestutzen
31 Feuerfestverkleidung

Claims

1. Reaktor zum thermischen Vergasen von festem Brennstoff mit einer Brennstoffzuführung (29, 30) im Reaktorboden (3), einem vertikalen Brennstofförderer (5) zur Förde rung des Brennstoffes in einen mit dem Brennstoff be füllbaren Vergasungsraum (7), einer in Düsen (25) mün denden Zuführungsleitung (21, 21′) für vorerwärmte Pri märluft in den Vergasungsraum (7), einer Ascheabfüh rungsvorrichtung (26, 27, 28) und einem mit Sekundärluft versorgbaren, über dem Vergasungsraum (7) angeordneten Nachverbrennungsraum (9), in den die aus dem Brennstoff entstandenen Gase gelangen, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergasungsraum (7) mit einem im wesentlichen über seine gesamte Höhe wirksamen Rührwerkzeug (19) versehen ist, daß an der Oberseite des Vergasungsraumes (7) eine Ascheabführungsöffnung (27) angeordnet ist und daß in dem Nachverbrennungsraum (9) wenigstens eine Wärme strahlung reflektierende, wenigstens eine Gasdurch trittsöffnung (12) aufweisende Wand (11) im wesentlichen über den gesamten Innenquerschnitt des Reaktors angeord net ist.

2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergasungsraum von dem vertikalen Brennstofförderer (5) ausgehende, trichterförmig auf den Querschnitt des Reak tors erweiterte Wände (6) aufweist.

3. Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberseite des Vergasungsraumes (7) ein radial nach außen wirksamer Förderer (26) angeordnet ist, von dem aus radial außen die Ascheabführungsöffnung (27) angeordnet ist.

4. Reaktor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rührwerkzeug durch ein spiralförmig gewundenes Längsmaterial (19) mit einem sich entsprechend dem trichterförmigen Wandverlauf nach oben vergrößernden Durchmesser gebildet ist.

5. Reaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Längsmaterial ein Rohr (19) ist, das einen Teil der Zu führungsleitung (21, 21′) für die Primärluft bildet.

6. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß ein Zylinder (4) drehbar mittig in dem Vergasungsraum (7) angeordnet und im Boden (3) des Reak tors gelagert ist und eine den vertikalen Brennstofför derer bildende Förderschnecke (5) und das Rührwerkzeug (19) trägt.

7. Reaktor nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das das Rührwerkzeug bildende Rohr (19) mit dem Innenraum des Zylinders (4) zur Ausbildung eines Luft kreislaufs für die Primärluft verbunden ist.

8. Reaktor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das bodenseitige Ende des Zylinders (4) als Doppelzylinder (4, 23) ausgebildet ist, dessen Ringraum mit einem ersten Ende und dessen Innenraum mit einem zweiten Ende des Rohrs (19) kommuniziert.

9. Reaktor nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, daß der an der Oberseite des Vergasungs raumes (7) radial nach außen wirksame Förderer ein mit dem Rührwerkzeug (19) verbundenes Blech (26) ist.

10. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, daß die Düsen (25) für die Primärluft auf gleicher Höhe zwischen dem vertikalen Brennstofförderer (5) und Rührwerkzeug (19) ringförmig auf der Wand (6) des Vergasungsraumes (7) gleichmäßig verteilt angeordnet sind.

11. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, daß die die Wärmestrahlung reflektierende Wand (11) domartig nach oben gewölbt ausgebildet ist und eine zentrale Gasdurchtrittsöffnung (12) aufweist.

12. Reaktor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (11) sphärisch gewölbt ist.

13. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeich net durch eine weitere domartig gewölbte Wand (13) ober halb der die Wärmestrahlung reflektierenden Wand (11) mit einer durch einen Ringspalt (14) mit der Reaktorwand (6) gebildeten Gasdurchtrittsöffnung.

14. Reaktor nach einem der Ansprüche 11 bis 13, gekennzeich net durch eine von der die Wärmestrahlung reflektieren den Wand (11) mit der Wand (6) des Reaktorkessels (2) gebildete ringförmige Rinne (16).

15. Reaktor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Rinne (16) mit der Ascheabführungsöff nung (27) verbunden ist.

16. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeich net durch die Verwendung von feuerfestem Material wenig stens für die die Wärmestrahlung reflektierende Wand (11).