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Verfahren und Gaserzeuger zur Erzeugung von Wassergas aus staubförmigem
Brennstoff Die Erfindung bezieht sich auf die Erzeugung von Wassergas ans einem
feinkörnigen oder staubförmigen Brennstoff. Es ist bekannt, in einem Zersetzungsraum
zerstäubten Brennstoff bei Vorhandensein von Wasserdampf zu vergasen, wobei die
für die Reaktion benötigte Wärmemenge durch Außenbeheizung zugeführt wird.
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Man hat bereits vorgeschlagen, unter Benutzung von staubförmigem Brennstoff
Wassergas in der Weise zu erzeugen, daß man ein Gemisch aus dem Brennstoffstaub
und Wasserdampf gegen eine Wand der Zersetzungskammer bläst, welche durch Außenbeheizung
glühend gehalten wird. Auch hat man den Strahl des Brennstoffstaubes parallel zu
der beheizten Wand der Zersetzungskammer in diese eingeführt. Die Zersetzung ist
bei diesen bekannten Verfahren unvollkommen, da der Brennstoffstaub nur während
der sehr kurzen Zeit der Außenbeheizung ausgesetzt ist, in welcher er entweder auf
die glühende Wandung der Kammer trifft oder an dieser einmalig vorbeistreicht. Es
werden dabei durch die Außenbeheizung nur die Brennstoffteilchen auf die für die.
Zersetzung erforderliche Temperatur gebracht, welche sich in unmittelbarer Nähe
der von außen beheizten Kammerwand befinden, während die weiter abliegenden Brennstoffteilchen
nicht auf diese Temperatur kommen, so daß der aus der Kammer abziehende Wassergasstrom
einen großen Teil unzersetzten Brennstoffstaubes enthält. Nach der Erfindung ist
eine restlose Umwandlung des Brennstoffstaubes in Wassergas und Asche dadurch erreicht,
daß der Brennstoffstaub und der Wasserdampf in die Zersetzungskammer so eingeblasen
werden, daß sie in dieser Kammer kreisen, wobei die Kammer von außen beheizt wird.
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Hierbei bilden der Wasserdampf und das bei der Vergasung entstehende
Wassergas das Wärmeübertragungsmittel zwischen beheizter Außenwand und dem in der
Dampfgasatmosphäre zerstäubten Brennstoff. Durch den vielfachen Kreislauf der Gase
wird der neu eingestäubte Brennstoff mit einem großen Volumen glühender Gase vermischt,
so daß er in dem Bruchteil einer Sekunde auf die für die Vergasung notwendige Temperatur
gebracht wird. Durch. die kreisende Bewegung unterliegt der Brennstoffstaub der
Fliehkraft, so daß eine Trennung der durch die Vergasung leichter gewordenen Ascherückstände
von dem noch Kohlenstoff enthaltenden Teilchen stattfindet. Die völlig zu Asche
zersetzten Brennstoffteilchen entweichen mit dem Gas. Da demnach für den Vergasungsprozeß
eine verhältnismäßig lange Zeit zur Verfügung steht, wird eine restlose Vergasung
des Brennstoffes erzielt.
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Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, daß ,sich zwischen
den von außen beheizten Wänden der Zersetzungskammern sehr hohe Strömungsgeschwindigkeiten
des kreisenden Gasbrennstoffgemisches erzielen lassen. Je größer aber diese Strömungsgeschwindigkeiten
sind,
um so günstiger gestaltet sich der Wärmedurchgang durch die Wände auf das kreisende
Gemisch. Dieser Wärmedurchgang erreicht erfahrungsgemäß bei großen- Gasgeschwindigkeiten
ein Vielfaches gegenüber dem Wärmedurchgang durch Wandungen, die von schwach bewegten
Gasen bestrichen werden. Hierdurch wird die Leistung der Anlage nach der Erfindung
gegenüber anderen Systemen wesentlich erhöht.
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Man hat auch schon vorgeschlagen, den Brennstoffstaub in eine Gaserzeugungskammer
mittels tangential einmündender Düsen so einzublasen, daß er in der Kammer eine
kreisende Bewegung ausführt. Es wurde aber bei diesen bekannten Gaserzeugern der
Brennstoffstaub in dieser Kammer verbrannt, in -dem Luft eingeführt wurde: Es dient
dann ein Teil des Brennstoffstaubes zur Dekkung der für die Vergasung erforderlichen
Wärme, d. h., die für die Reaktion erforderliche Wärme wird nicht von außen zugeführt,
sondern in der Zersetzungskammer selbst erzeugt.
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Hat die Zersetzungskammer einen runden Querschnitt oder eine andere
derartige Gestalt, daß durch tangentiales Einblasen ein in sich geschlossener Gaskreisstrom
entsteht, so wird zweckmäßig die Leitung zur Abführung des Wassergases und der Asche
in der Mitte der Kammer angeordnet und durch die Stirnwände der Kammer dicht nach
außen hindurchgeführt, woben sie durch Öffnungen mit dem Kammerinnern -in Verbindung
steht. Das erzeugte Wassergas tritt dann durch diese zentrale Abführungsleitung
aus der Kammer zusammen mit der Asche aus, die einerseits unter der Wirkung der
Fliehkraft, durch welche sie von den schwereren Brennstoffteilchen getrennt wird,
andererseits unter der Wirkung des in der Abführungsleitung herrschenden Zuges in
diese Leitung eintritt.
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Für die gute Übertragung der durch Außenbeheizung erzeugten Wärme
auf den in der Zersetzungskammer kreisenden Strom aus Brennstoffstaub und Wasserdampf
ist dafür zu sorgen, daß die Außenbeheizung möglichst gleichmäßig sich über die
zu beheizenden Wandungen verteilt. Dies ist erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß
das Heizgas und die Verbrennungsluft in die Heizkammer" an einer oder mehreren Stellen
so eingeführt werden, daß sie in dieser Kammer eine kreisende Bewegung ausführen.
Es bildet sich dann in der Heizkammer eine kreisende Flamme, in welche das Heizgas
-und die Verbrennungsluft eintreten, so daß "hierdurch eine gute Verteilung der
frisch eintretenden Stoffe über die ganze Oberfläche ddr Heizkammer gesichert ist.
Es ist also die Entstehung von Stichflammen, welche stellenweise Überhitzungen der
Kammerwandungen hervorrufen könnten, vermieden.
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Auch die Leitung für die Abführung der Abgase aus der Heizkammer ist
in der Mitte der Kammer angeordnet und durch die Stirnwände der Kammer dicht nach
außen hindurchgeführt, wobei sie durch Öffnungen mit dem Kammerinnern in Verbindung
steht. Der Heizgasstrom bewegt sich dann in der Heizkammer spiralförmig vom Umfange
nach den Abführungskanälen hin. Dabei kann eine Vorwärmung des Heizgases und der
Verbrauchsluft dadurch erzielt werden, daß diese vor ihrem Eintritt in die Heizkammer
einen diese umgebenden Zuführungskanal durchströmen. Die Wärmeverluste der Heizkammer
durch Strahlung sind dadurch zugleich vermindert. - Dabei kann sich- der- Zuführungskanal
auch über die Zersetzungskammer erstrecken, so daß auch für diese die Wärmeverluste
nach außen vermindert werden. , -Vorteilhaft werden mehrere Zersetzungskammern mit
den sie beiderseits begrenzenden Heizkammern zu einer Batterie vereinigt. Erfindungsgemäß'ist
dann ein durch die Mitte der Zersetzungskammern und Heizkammern in axialer Richtung
durchgehender Leitungskörper einerseits mit der Sammelleitung für das Wassergas
und die Asche und andererseits mit der Sammelleitung für die Abgase der Heizkammern
versehen, wobei die eine Sammelleitung durch Öffnungen mit dem Innern der Zersetzungskammern
und die andere Sammelleitung durch Öffnungen mit dem Innern der Heizkammern in Verbindung
steht.
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Die -Betriebsstoffe können auch in einem in der Höhenrichtung langgestreckten
Schacht in kreisende Bewegung versetzt werden. Zur Abführung des erzeugten Wassergases
und der Ascheteilchen dient dann erfindungsgemäß ein Abführungsraum, der sich an
den von dem kreisenden Strom erfüllten Innenraum der Zersetzungskammer oben anschließt,
Unter der Wirkung des in -diesem Abführungsraum herrschenden Zuges wird von dem
Kreisstrom ein Teil nach oben abgezapft, ohne daß der Kreisstrom nennenswert gestört
wird. Erhält der Gasabführungsraum einen hinreichend großen Querschnitt, so scheiden
sich durch die Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit die in diesem abgezapften
Gasstronm enthaltenen noch unzersetzten schwereren Brennstoffteilchen ab und fallen
in -die Zersetzungskammer zurück, während das Wassergas mit der leichten Asche in
die sich an den Abführungsraum anschließende Gasableitung abzieht.
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Die kreisende Bewegung der Betriebsstoffe
wird dabei
dadurch gefördert, daß in der in der Höhenrichtung langgestreckten Kammer durch
senkrechte Leitwände ein Ringraum gebildet ist, in den die Betriebsstoffe eingeblasen
werden. Dabei kann zwischen Leitwand und Kammerwandung an der Stelle der Einführung
der Betriebsstoffe eine injektorartige Düse vorgesehen sein.
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Auf der Zeichnung sind mehrere Ausführungsformen' eines zur Durchführung
des Verfahrens dienenden Gaserzeugers dargestellt.
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Abb. i zeigt schematisch einen senkrechten Längsschnitt durch eine
Gaserzeugungsbatterie in einer Ausführungsform. Abb. 2 ist ein Querschnitt durch
eine Zersetzungskammer nach der Linie A-B der Abb. i. Abb. 3 ist ein Querschnitt
durch eine Heizkammer nach der Linie C-D der Alb. i. Abb. 4 ist ein senkrechter
Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform des Gaserzeugers. Abb. 5 ist ein
waagerechter Querschnitt nach der Linie E-F der Abb. 4. Abb. 6 ist ein senkrechter
Längsschnitt nach der Linie G-H der Abb. 5. Abb. 7 und 8 zeigen zwei Abänderungsformen
des Gaserzeugers nach der Abb. i.
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Die in Abb. i bis 3 dargestellte Gaserzeugerbatterie setzt sich aus
einzelnen nebeneinandergereihten Zersetzungskammern i und den dazwischenliegenden
Heizkammern 2 zusammen. Jede Zersetzungskammer i besteht aus dem zylindrischen Mantel
3 aus feuerfestem Stoff und den Stirnwänden 4, die zugleich die Stirnwände der zylindrischen
Heizkammern 2 bilden. An die Mäntel 3 der Zersetzungskammern schließen sich die
zylindrischen Mäntel 5 der Heizkammern 2 an.
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In den unteren Teil des zylindrischen Mantels 3 der Zersetzungskammer
i münden z. B. drei Düsen 6 tangential ein, denen ein Gemisch aus Brennstoffstaub
und Wasserdampf zugeführtwird. Der Mantels derHeizkammer2 ist von einer ringförmigen
Wand 7 umgeben; von den Wänden 5 und 7 wenden die Zuführungskanäle 8 und 9 für Heizgas
und Luft gebildet. Der Kanal 8 mündet in die Zuführungsleitung io für die Heizgase
und mit einer Düse i i in die Heizkammer 2. An den Kanal 9 ist die Zuführungsleitung
i2 für die Verbrennungsluft angeschlossen und dieser Kanal mündet mit einer tangential
gerichteten Düse 13 in die Heizkammer 2. Durch die Mitte der Stirnwände 4 der beiden
Kammern i und 2 ist ein Leitkörper 14 gasdicht hindurchgeführt, der mit zwei voneinander
getrennten Sammelleitungen 15, 16 versehen ist. Der Sammelkanal 15 ist durch Öffnungen
17 mit der Zersetzungskammer i und der Sammelkanal 16 durch Öffnungen 18 mit der
Heizkammer 2 in Verbindung gesetzt. Die Kanäle 8 und 9 können sich auch über den
Mantel 3 der Zersetzungskammer i erstrecken.
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Das Gemisch aus Brennstoffstaub und Wasserdampf wird in die Zersetzungskammer
i mit hoher Strömungsgeschwindigkeit eingeblasen und führt infolge seiner tangentialen
Einführung durch die Düsen 6 .in der Kammer eine kreisende Bewegung aus. In die
angrenzende Heizkammer :2 werden die Heizgase durch die Düse i i und die Verbrennungsluft
durch die Düse 13 auch tangential eingeblasen. Es entsteht dort eine kreisende
Flamme, durch welche die Zersetzungskammern i von außen beheizt werden. Das kreisende
Gemisch aus Brennstoffstaub und Wasserdampf in den Zersetzungskammern i wird also.
mit hoher Strömungsgeschwindigkeit an den heißen Kammerwandungen vorbeigeführt,
und zwar so lange, bis der Brennstoffstaub restlos zu Asche zersetzt ist. Wenn diese
Teilchen durch die Außenbeheizung auf die Zersetzungstemperatur gekonemen sind,
werden sie zu Asche verwandelt und erhalten dadurch ein kleineres spezifisches Gewischt.
Dies hat zur Folge, daß sie der Fliehkraft nur noch in geringem Maße unterliegen,
so daß der in dem Sammelkanal 15 wirkende Zug überwiegt und die Asche zusammen mit
dem erzeugten Wassergas durch die Öffnungen i7 in den Kanal 15
entweicht.
Die Ansammlung von Staub am Boden des zylindrischen Mantels 3 wird durch die rasch
kreisende Bewegung des Gasgemisches sowie durch den durch die Düsen einströmenden
Dampf verhindert.
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Der abziehende Wassergasstrom enthält nur noch Asche, aber keinen
unzersetzten Brennstoffstaub mehr. Dabei ist die Wassergaserzeugung dadurchwesentlich
beschleunigt, daß das Gemisch aus Brennstoffstaub und Wasserdampf mit hoher Geschwindigkeit
an den beheizten Wandungen der Kammer i vorbeiströmt und demgemäß der Übergang der
Wärme von den in den Heizkammern 2 kreisenden Heizgasen durch die Wandungen 4 der
Kammern i hindurch auf das Gemisch entsprechend schnell erfolgt. Der Wassergaserzeuger
hat somit eine hohe Leistung.
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Durch den Kreislauf der Flamme in den Heizkammern 2 wird die Wärme
auf die ganze Wandung der Kammer äußerst gleichmäßig verteilt. Die Heizgase und
die Verbrennungsluft werden bei ihrem Eintritt in die Kammer durch die Düsen ii
bzw. 13, die auch in größerer Anzahl über den Kammerumfang verteilt sein
können, sofort von der kreisenden Flamme erfaßt und verteilt. Es ist daher eine
örtliche Überhitzung der Zersetzungskammer i wirksam vermieden. Die Abgase treten
unter der Wirkung des Zuges
durch die Öffnungen' r'8 in den Sammelkanal
16 und ziehen nach außen ab. Heizgase und Verbrennungsluft werden ferner beim Durchtritt
durch den Zuführungskanal 8 bzw. 9 vorgewärmt, wobei zugleich die Verluste der Kammern
durch Strahlung vermindert sind.
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Der Leitkörper 14, der alle Kammern i und 2.durchsetzt, ist an einem
Ende (Abb. i) mit seinem Sammelkanal 15 für das Wassergas und die Asche an eine
Leitung i9 angeschlossen, die zu einem Dampfüberhitzer 2o führt. Aus diesem gelangt
der Gasstrom in einen Skrubber 21, in dem er von der Asche befreit wird. Von dort
wird das Wassergas der Verbrauchsstelle oder dem. Gasbehälter zugeleitet. Der Sammelkanal
16 für die Abgase der Heizungskammern 2 steht mit einer Wärmeaustauschvorrichtung
22 in Verbindung, in der Heizgase und Verbrennungsluft vorgewärmt werden. Die Heizgase
treten durch eine Leitung 23 in die Verteilungsleitung io (Abb. 3) und die Verbrennungsluft
tritt durch eine Leitung 24 in die Verteilungsleitung 12. Die Abgase gelangen aus
der Wärmeaustauschvorrichtung 22 in einen Ab= hitzekessel 25, in dem der für die
Wassergaserzeugung benötigte Dampf erzeugt wird. Dieser Dampf tritt durch die Leitung
26 in den Überhitzer 2o und gelangt- durch eine Leitung 27 zu den Düsen 6 der Zersetzungskammern
i.
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Der Brennstoffstaub kann auch getrennt von dem Wasserdampf in die
Zersetzungskammern eingeblasen werden. Bei der Ausführungsform des Gaserzeugers
nach den Abb.4 bis 6 haben die verhältnismäßig schmalen Zersetzungskammern in der
Höhenrichtung eine langgestreckte Gestalt. In dem mittleren Teil des Schachtes 28
der Zersetzungskammern ist eine senkrechte Leitwand 29 eingebaut, durch die in der
Kammer ein Ringraum 30 gebildet ist. Die Wand 29 hat an ihrem oberen Ende
eine Verstärkung 31, der gegenüber eine Verstärkung 32 der Wandung des Schachtes
28 liegt. Dadurch ist eine Düse 33 gebildet, in die das nach unten gerichtete Zuführungsrohr
34 für den Brennstoffstaub und den Wasserdampf hineinragt. Am Boden des Schachtes
28 ist eine geneigte Fläche 35 vorgesehen, an die sich unten ein absperrbares Abzugsrohr
36 anschließt. An .der Decke des Schachtes 28 sind Beruhigungsflächen 37 vorgesehen,
über denen ein Abführungsraum 38 angeordnet ist. An diesen Raum ist die Leitung
39 angeschlossen, die zur Vorlage 40 führt.
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Zwischen den Zersetzungskammern 3o sind die Heizkammern 41 angeordnet
(Abb. 5 und. 6), die in der üblichen Weise beheizt .werden, indem das Heizgas unten
durch eine Leitung 42 und die Verbrennungsluft durch eine Leitung 43 zugeführt werden.
Die Abgase verlassen die Heizkammern 41 durch .die Kanäle 44.
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Das mit hoher Geschwindigkeit durch die Leitung 34 in den Ringraum
3o eingeblasene Gemisch aus Brennstoffstaub und Wasserdampf strömt zunächst abwärts
und wird um die Leitwand 29 am Boden des Schachtes 28 so umgelenkt, daß es in den
der Einblasestelle abgewandten Teil des Ringraumes aufwärts strömt. Da die Düse
33 injektorartig wirkt, wird das Gemisch durch den aus der Leitung 34 austretenden
Strahl mitgerissen, so daß es in dem Ringraum 3o einen Kreislauf ausführt, wie die
eingezeichneten Pfeile zeigen. Es werden daher' ebenso wie bei der Ausführungsform
nach den Abb. i bis 3 die Kohlenstaubteilchen so lange in dem Kreislauf schwebend.
erhalten, bis sie . durch die Außenbeheizung auf- die Zersetzungstemperatur gekommen
und unter der Wirkung des Wasserdampfes zu Asche umgewandelt sind.
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Etwa doch niedersinkende, schwerere Brennstoffteilchen setzen sich
auf der geneigten Fläche 35 in feiner Schicht ab und 'werden durch den vorbeikreisenden
heißen Gasstrom zum größten Teil wieder in den Kreislauf zurückgeführt oder doch
auf die Zersetzungstemperatur gebracht. Die sich ablagernde Asche und sonstige schwerere
Bestandteile können durch das Abzugsrohr 36 abgezogen werden.
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Beim Vorbeistreichen des kreisenden Gasstromes an den Beruhigungsflächen
37 wird unter der Wirkung des im Abführungsraum herrschenden Unterdruckes ein Teil
des Gasstromes aus dem Kreislauf abgezapft. Der durch die Spalten der Beruhigungsflächen
37 in den Raum 38 gelangende Gasteilstrom verringert dort seine StrÖmungsgeschwindigkeit,
da der Durchgangsquerschnitt sehr groß bemessen ist. Es scheiden - sich daher die
etwa mitgerissenen, noch uniersetzten schwereren Brennstoffstaubteilchen von der
leichteren Asche in den Raum 38 ab und fallen durch die Spalten zwischen den Beruhigungsflächen
37 in den Ringraum 30 zurück, wo sie durch den vorbeikreisenden Gasstrom
wieder in den Kreislauf zurückgebracht werden. Das erzeugte Wassergas zieht mit
der leichten Asche in d ie Vorlage 40 ab. Es ist also auch hier vermieden, daß unzersehzter
Brennstoffstaub mit dem Wassergas entweicht.
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Die Einführung des Gemisches von Brennstoffstaub und Wasserdampf in
den Ringraum 3o erfolgt nach der Ausführungsform in Abb. 7 von unten. Die Düse 33
ist zwischen dem unteren Teil der Leitwand 29 und der Wandung des Schachtes 28 vorgesehen.
Es liegt darin die Einblasestelle dicht über der geneigten Fläche 35; als(> an einer
Stelle, an
der die Injektorwirkung der Düse 33 groß ist. Es besteht
somit die Gewähr, daß sich auf der geneigten Fläche ablagernde Staubteilchen erneut
in den Kreislauf eintreten.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 8 sind in dem Schacht 28 zwei senkrechte
Leitwände 45 im Abstand voneinander eingebaut. Es entstehen dadurch zwei Ringräume
46, deren in der Mitte der Zersetzungskammer liegender Teil gemeinsam ist. Die unteren
Enden der Leitwände 45 sind so zueinander geneigt, daß sie eine Düse 47 bilden.
Unterhalb dieser Düse mündet in den Boden des Schachtes 28 das Zuführungsrohr 34,
zu dessen beiden Seiten die geneigte Fläche 3:5 vorgesehen ist.
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Das eingeblasene Gemisch aus Brennstoffstaub und Wasserdampf vollführt,
wie die Pfeile in Abb. 8 zeigen, zwei Kreislaufbewegungen in dem Raum 46. Da die
Zuführungsleitung 34 am tiefsten Punkt des Bodens des Schachtes 28 mündet, wird
sich auf den geneigten Flächen 35 ablagernder Brennstoffstaub durch den aus der
Leitung 34 austretenden Strahl aufgewirbelt und in den Kreislauf zurückgeführt.
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Anstatt den Brennstoffstaub zusammen mit dem Wasserdampf einzublasen,
kann man ihn auch von oben in den Schacht 28 so frei hineinrieseln lassen, daß er
von dem kreisenden heißen Gasstrom erfaßt wird. Der Abführungsraum 38 kann auch
seitlich am Schacht 28 angeordnet sein; auch kann eine besondere injektorartig wirkende
Düse an der Einblasestelle eingebaut werden.
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Bei den Ausführungsformen nach Abb.4 bis 8 kann natürlich auch die
Beheizung der Zersetzungskammern durch Heizkammern erfolgen, in welchen die Heizgase
und die Verbrennungsluft gemäß der Ausführungsform nach Abb. 3 einen Kreislauf ausführen.
Auch kann maA zur Erzeugung des Kreislaufs der Betriebsstoffe .bei geeigneter Ausbildung
des Gaserzeugungsschachtes ohne Leitwände auskommen.
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Anstatt den Brennstoff mit dem Dampf in die Zersetzungskammer einzublasen,
kann auch ein permanentes Gas dazu verwendet werden. Verwendet man unverkokte oder
halbverkokte Brennstoffe, so 'kann man auch Doppelgas erzeugen, welches bekanntlich
aus vergastem Teer, Leuchtgas und Wassergas besteht. Anstatt von vornherein Brennstoffstaub
oder feinkörnigen Brennstoff zu verwenden, kann natürlich die Zerstäubung des Brennstoffes
auch innerhalb der Düsen stattfinden.