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Verfahren zur periodischen Wassergaserzeugung Bei den zur Zeit üblichen
schachtförmigen periodisch betriebenen Wassergaserzeugern wird der Sauerstoffträger,
vorzugsweise Luft, durch den Schachtrost eingeführt, d. h. von unten nach obien
geblasen und das dabei entstehende Gasgemisch von der Schachtkuppel in eine Verbrennungskammer
mit Regenerator geleitet, in der unter Zugabe weiterer Luft eine Verbrennung erfolgt;
die fühlbare Wärme der diesen Regenerator verlassenden verbrannten Gase dient vielfach
zur Erzeugung des beim Gasen benötigten Wasserdampfes. Bei der Einführung dieses
Wasserdampfes in den Brennstoffschacht während der Gasezeit durchzieht der Wasserdampf
den Brennstoff entweder in der gleichen Richtung wie die Blasegase oder in Gegenrichtung,
nachdem er im Regenerator eine Vorwärmung erfahren hat. Vielfach wird das gebildete
Wassergas unmittelbar in einen Wischer eingeleitet, wo seine fühlbare Wärme vernichtet
wird. Insbesondere ist die Wärmewirtschaft einer solchen Anlage deswegen unvollkommen,
weil die fühlbare Wärme der entstehenden Gase nur zum Teil nutzbar gemacht wird.
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Es sind auch bereits Verfahren bekanntgeworden, bei welchen die Abhitzekessel
zur Dampferzeugung nicht nur mit den die Regeneratorkammer verlassenden Blase- bzw.
Abgasen beheizt werden, sondern auch in der folgenden Gaseperiode mit dem anfallenden
Wassergas. Dessen Temperatur beträgt bei dem bisher üblichen Betriebe von Gaserzeugern
etwa r2oo bis 8oo° C (je nach der Dauer des Griens) und liegt damit erheblich höher
als die Temperatur der aus der Regeneratorkammer kommenden Abgase. Infolgedessen
ergibt sich ein
stoßweiser Betrieb. des Abhitzekessels mit schwankender
Dampferzeugung bzw. -überhitzung. Diese Temperaturschwankungen wirken sich in unterschiedlichen
Eintrittstemperaturen des Vergasungsmittels in den Gaserzeuger aus, was wiederum
Schwankungen im Wassergasprozeß bedingt.
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Man hat auch bereits versucht, durch Zusatz eines Teilstromes des
erzeugten heißen Wassergases zu dem als Vergasungsmittel dienenden Wasserdampf vor
dessen Eintritt in den Regenerator die Endtemperatur des in den Vergaser eintretenden
Gemisches zu erhöhen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß diese Maßnalzme allein den
gesamtenWirkungsgrad einer Anlage nicht oder nur unwesentlich erhöhen kann.
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Das Wesen der Erfindung besteht darin, sämtliche eingangs erwähnte,
an sich bekannte Maßnahmen unter sinnvoller Abstimmung aufeinander so zu vereinigen,
daß man bei einer gegebenen Anlage praktisch ohne bauliche Veränderungen und ohne
irgendwelche sonstigen Nachteile in Kauf nehmen zu müssen die Gaseperioden wesentlich
verlängern und die Blaseperioden nicht unerheblich abkürzen kann. Dadurch wird die
Nutzleistung eines gegebenen Gaserzeugers in einem bisher unerreichten Maße gesteigert.
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Die Erfindung geht von folgenden Voraussetzungen aus. Zunächst müssen
die Perioden des Gasens möglichst lang und die dazwischenliegenden Perioden des
Heißblasens möglichst kurz gehalten werden. Denn von der Dauer der einzelnen Perioden
hängt die Nutzleistung eines Gaserzeugers gegebener Größe ab. Zweitens arbeitet
die Gaserzeugungsanlage wärmewirtschaftlich um so günstiger, je mehr Wärme man aus
den den Gaserzeuger verlassenden Gasen zurückgewinnen kann. Selbstverständliche
Voraussetzungen für diese beiden Forderungen ist die-Erzeugung eines Wassergases
möglichst idealer Zusammensetzung, das kein unzersetzes Vergasungsmittel Wasserdampf
mehr enthält.
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Das Verfahren zur periodischen Wassergäserzeugung nach der vorliegenden
Erfindung wird in einer Anlage durchgeführt, die einen Gaserzeuger mit ruhender
Brennstoffsäule und einem Rost zur mechanischen Schlackenaustragung, eine nachgeschaltete
Regeneratorkammer und einen sowohl von den Blasegasen als auch vom Wassergas durchströmten
Abhitzekessel enthält. Bei einer derartigen Anlage wird die Regeneratorkammer durch
das in der Blaseperiode entstehende heiße Luftgas unter völliger oder teilweiser
Verbrennung dieses Blasegases aufgeheizt und dient in der nachfolgenden Gaseperiode
zur Überhitzung des als Vergasungsmittel benutzten- Wasserdampfes. In dem Abhitzekessel
wird die fühlbare Wärme der die Regeneratorkammer verlassenden Blase- bzw. Abgase
und des während des Gasens erzeugten Wassergases zur Erzeugung und Überhitzung des
Vergasungsmittels Wasserdampf ausgenutzt.
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Da der Wassergasprozeß endotherm verläuft, wobei also dem glühenden
heißgeblasenen Brennstoff Wärme entzogen wird, muß die Gaseperiode abgebrochen werden,
wenn sich der Brennstoff bis nahe an die zulässige Grenze des C O : C 02-Gleichgewichtes,
d. h. bis auf etwa goo° C abgekühlt hat. Die Höchsttemperatur des Brennstoffes beim
Heißblasen hängt vom Aschensclvnelzpunkt des Brennstoffes ab, bildet also eine gegebene.
Grenze, die bei Aschenaustragung in fester Form nicht erreicht bzw. überschritten
werden darf. Da der Wärmeinhalt des Brennstoffes -und der Wärmeverbrauch des Wassergasprozesses
festliegen, kann man bei .einer von derArt des Brennstoffes (Aschenschmelzpunkt)
abhängenden Höchsttemperatur ausgehend die Gaseperiode nur dadurch verlängern, daß
das Vergasungsmittel selbst möglichst viel fühlbare Wärme mitbringt. Seine Vorwärmung
wird durch das Maß des Aufheizens der Regeneratorkammer bestimmt. Im praktischen
Betrieb kann man mit feiner Vorwärmung von Soo bis 700° C rechnen. Da im Abhitzekessel
nur Sattdampf oder schwach überhitzter Dampf erzeugt werden kann, besitzt der Wasserdampf
nach Verlassen der Regeneratorkammer höchstens eine Temperatur von 8oo° C, d. h.
er bringt keine für den Wassergasprozeß verwendbare zusätzliche Wärme in den Gaserzeuger
ein.
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Die wünschenswerte höhere Enthalpie des Wasserdampfes beim Eintritt
in den Gaserzeuger kann man dadurch erzielen, daß der Wasserdampf bereits möglichst
hoch überhitzt der Regeneratorkammer zugeleitet wird. Erfindungsgemäß wird zu diesem
Zweck eine weitere, an sich bekannte Maß= nehme in das Verfahren eingegliedert,
und zwar wird ein Teil des erzeugten Wassergases dem Vergasungsmittel Wasserdampf
beim Eintritt in die Regeneratorkammer zugesetzt, wodurch das Gemisch eine Temperatur
von etwa 5oo° C erhält. Die Endtemperatur des Gemisches beträgt entsprechend dem
vorgenannten Maß der Erwärmung in dieser Kammer etwa rz5o° C. Dadurch. kann für
den Wassergasprozeß ein Temperaturgefälle von etwa 25o° C ausgenutzt, also die Gaseperiode
entsprechend verlängert werden.
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Wie eingangs :erwähnt, ist der Betrieb eines Abhitzekessels zur Erzeugung
von Wasserdampf nach den bekannten Verfahren insofern nachteilig, als die Temperatur
des erzeugten Wassergases stark von der Temperatur der den Gaserzeuger verlassenden
Blasegaser abweicht, was eine schwankende Dampferzeugung zur Folge hat. Diesen Nachteil
vermeidet die Erfindung durch Aufrechterhalten einer Schlackenschicht auf dem Rost
des Gaserzeugers von solcher Höhe, da.ß ein erheblicher Teil der fühlbaren Wärme
des gewonnenen Wassergases an die Schlackenschicht .abgegeben wird. Infolge der
Speicherung eines Teiles der fühlbaren Wärme des erzeugtenWassergases in derSchlackenschicht
auf dem Rost gelangt das während des Gasens erzeugte Wassergas etwa mit der gleichen
Enthalpie in den Abhitz.ekessel wie die während des Blasens durch denselben Abhitzekessel
geleiteten Blasegase, so daß eine gleichmäßige Dampferzeugung im Abhitzekessel gewährleistet
ist, die sich vorteilhaft auf die Wassergaserzeugung auswirkt.
Man
kann die Höhe der Schicht leicht so bemessen, daß die Enthalpie des Wassergases
ungefähr gleich der Enthalpie der Abgase der Regeneratorkammer ist, mithin beide
Medien nacheinander mit etwa dem gleichen Wärmeinhalt dem Abhitzekessel zuströmen
und eine fortlaufend gleichmäßige Dampferzeugung gewährleisten. Darüber hinaus bewirkt
die in der Schlackenschicht während der Gaseperiode aufgespeicherte Wärme eine wesentlich
höhere Erhitzung der in der Blaseperiode durch die Schlacke streichenden Luft. Das
wiederum bedingt eine nicht unerhebliche Verkürzung der Blaseperiode, die keiner
weiteren Erläuterung bedarf.
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Auf der Zeichnung ist in beispielhafter Ausführungsform eine Anlage
dargestellt, mittels deren Verfahren zur periodischen Wassergaserzeugung gemäß der
Erfindung durchgeführt werden können.
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Die Hauptteile der Anlage sind der Generatorschacht i mit der Füllglocke
25, in der sich das Brennstoffbett 2 mit der verstärkten Schlackenschicht 3 befindet,
die beispielsweise eine Höhe von über i m haben kann und auf dem gelochten ruhenden
Rost 5 ruht, über den ein mittels der Welle 6 angetriebener Fräser q. bewegt wird.
Das Abziehen der Schlacke aus dem Generatorschacht erfolgt mittels der Hosenrohre
7. Ein weiterer wesentlicher Bestandteil der Anlage ist die Erhitzerkammer, die
cowperähnlich ausgebildet und mit Gitterwerk 8 ausgestattet ist., In der Kuppel
dieser Erhitzerkamtner befindet sich ein Brennraum 9, am unteren Ende ein Gassammelraum
io. Es ist weiter ein Dampfkessel 12 vorhanden, ein Kamin 13 zur Fortleitung der
Verbrennungsgase und ein Wascher 1.4 zur Kühlung und Reinigung des gewonnenen Wassergases.
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Ein Gebläse 15 führt in der Blasezeit über die Leitung 16 bei geöffnetem
Ventil 17 Luft unter den Rost 5. Die Luft erwärmt sich in der Schlackenschicht 3
und bildet beim Durchstreichen des Brennstoffbettes 2 von unten nach oben ein Luftgas.
Dieses vereinigt sich mit der durch das geöffnete Ventil 18 zugeführten Zweitluft
in dem Rohr 26 und gelangt in der Kuppel 9 des Cowpers zur Verbrennung, wodurch
das Gitterwerk 8 aufgeheizt wird. Die verbrannten Gase ziehen über den Gassammelraum
io durch das Rohr 3o, das geöffnete Ventil 23 und das Rohr 28 in den Dampfkessel
12 und gelangen durch das geöffnete Ventil 2o in den Kamin 13.
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Nachdem auf diese Weise das Gitterwerk 8 aufgeheizt und der Brennstoff
2 genügend erhitzt ist, wird der im Dampfkessel 12 gewonnene Dampf durch Öffnen
des Ventils 21 über die Leitung 30 in den Raum io am Fuß des Cowpers eingeführt.
Er wird beim Durchstreichen des Gitterwerkes 8 überhitzt und gelangt über die Kuppel
9 des Cowp.ers und die Leitung 26 in den Generator i, dessen Brennstoffbett 2 er
von oben nach unten durchzieht. Dabei wird Wassergas gebildet, dessen fühlbare Wärme
zum Teil von der Schlackenschicht 3 aufgenommen wird und das durch das geöffnete
Ventil 22 der Leitung 28 in den Dampfkessel 12 gelangt, von wo es über das geöffnete
Ventil 2¢ dem Wascher 14 zugeführt wird. Das Ventil 2o ist dabei geschlossen. Um
höhere Gasmengen für den Wärmeaustausch im Gitterwerk 8 zur Verfügung zu haben,
wird über die Umführungsleitung 31 bei geöffnetem Ventil 23 ein Teil des gewonnenen
Wassergases im Kreislauf in die Leitung 30 zurückgeführt.
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Um eine Anschauung des regenerativen Wärmeaustausches zu geben, sei
angenommen, daß die Verbrennungsgase der Kuppel des Cowpers beim Blasen eine Temperatur
von 12500 C annehmen und durch die Leitung z8 noch mit einer Temperatur von 750°
C dem Dampfkessel zugeführt werden, den sie mit einer Temperatur von etwa 300° C
verlassen, um zum Kamin zu strömen.
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Die Temperatur des durch das Ventil 21 strömenden Wasserdampfes sei
mit i2o° C angenommen. Durch Zumischen des über die Leitung 3 i im Kreislauf geführten
Wassergases ergibt sich für das Gemisch von Wasserdampf und Wassergas beim Eintritt
in den Raum io am Fuße des Cowpers eine Temperatur von etwa 5oo° C, die durch Wärmeaufnahme
im Co-%vper auf ii5o°C gesteigert wird, mit welcher mittleren Temperatur das Wasserdampf-Wassergas-Gemisch
durch die Leitung 26 strömt. Für das durch die Leitung 28 abziehende Wassergas,
das einen erheblichen Teil seiner fühlbaren Wärme an die Schlackenschicht 3 abgegeben
hat, ergibt sich dann eine Temperatur von 65o° C, mit der das Wassergas in den Dampfkessel
12 gelangt, den :es mit 300° C verläßt, bevor es in den Wascher 14 gelangt.
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Das neue Verfahren zur periodischen Wassergaserzeugung ist nicht nur
zur Verarbeitung von Koks, sondern auch für schwächer backende Steinkohlen zu verwenden.
Dabei wird zweckmäßig die Kohle während der Einführung des Wasserdampfes von oben
in den Generatorschacht eingefüllt. Durch den überhitzten Dampf werden die Bitumina
an der Oberfläche zum Teil abgeführt bzw. oxydieren, so daß ein Zusammenbacken der
Kohlenstücke nicht mehr eintreten kann. Infolgedessen ist der Generator besser als
normale Schwachgasgeneratoren geeignet, mit Steinkohle zu arbeiten ohne stochen
zu müssen. Die bei dem Dampfen von oben mitgeführten Destillationsgase werden in
den unteren heißen Schichten zerschlagen und der freiwerdende Kohlenstoff mit dem
Dampf zu Wassergas zersetzt. Es ist daher in den meisten Fällen keine Umformung
der Destillationsgase mehr nötig, es wird direkt normales Wassergas erzeugt.