DK174763B1 - Termisk forgasningsanlæg - Google Patents

Description

i DK 174763 B1

Opfindelsen angår et termisk forgasningsanlæg, som dels omfatter en forgasser til at fremstille gas af et biobrændsel, dels en varmeveksler med mindst én varmetransmissionsvæg, der adskiller to varmevekslersider, som er indrettet med modsatte 5 strømningsretninger i forhold til hinanden og under drift tjener til gennemstrømning af henholdsvis en varm gasstrøm fra forgasseren og en kold luftstrøm fra en luftstrømsgenerator.

Biobrændsel findes i rigt omfang i form af eksempelvis træflis.

10 Brændslet har et forholdsvist stort volumen i forhold til dets indhold af energi. Det er derfor ikke særligt økonomisk at anvende biobrændsel i store centrale anlæg, der kræver, at brændslet må transporteres over forholdsvis store afstande, 15 I stedet kan biobrændslet med fordel udnyttes i mindre, decentralt placerede termiske forgasningsanlæg med mindre forgassere til at fremstille gas til en gasmotor, der eksempelvis kan drive en elgenerator til produktion af elektrisk strøm. Til dette formål må den fremstillede gas 20 imidlertid være ret ren, dvs. gassen må ikke have et væsentligt indhold af partikler og tjære.

Sådanne mindre forgassere er almindeligvis af fast bed typen. Forgasses i modstrøm, opnås en god varmegenvinding, men den 25 producerede gas er til gengæld meget uren. I medstrøm opnås en langt renere gas, men med den følgeulempe, at der kræves et separat varmegenvindingssystem for at anlægget skal kunne opnå en høj udnyttelsesgrad af biobrændslets indhold af energi.

30 De fleste kommercielle og halvkommercielle gasrensesystemer er af vådrensetypen. Der anvendes således typisk en skrubber til at overføre urenheder i form af tjære fra gasfase til væskefase. Ofte fjerner skrubberen også det støv, som ikke allerede er blevet frasepareret i eksempelvis en støvudskiller, 35 der er placeret før skrubbersysternet. Desuden køler skrubberen gassen, som mættes med fugt.

2 DK 174763 B1

Gassens indhold af varme kan genvindes, men kun op til forholdsvis lave temperaturer. Varmen kan derfor kun anvendes ved lave temperaturer, således som det eksempelvis er tilfældet 5 i fjernvarmeanlæg.

Selv om der med ovennævnte skrubbersysterner kan opnås udmærkede resultater, moder anvendelsen af disse vådrensesysterner dog altid det meget alvorlige problem, at de er nødt til at skille 10 sig af med det stærkt forurenede og meget giftige spildevand, som er et uundgåeligt biprodukt af den våde renseproces. Der findes ingen generel god løsning på dette problem.

Systemer, der anvender gas-væske eller gas-gas varmevekslere, 15 lider af det problem, at gassens indhold af tjære og støv er tilbøjelig til at afsætte sig som belægninger på varmevekslernes varmeflader. Derved reduceres varmetransmissionen i en given varmeveksler med tiden så meget, at det bliver nødvendigt at rense varmeveksleren for at retablere dens ydeevne. Dette 20 arbejde er besværligt og brydsomt, og der kan desuden opstå problemer med at få deponeret de afrensede belægninger.

Ovennævnte ulemper har hidtil haft den konsekvens, at der ikke i nævneværdigt omfang er anvendt en proces i et termisk 25 forgasningsanlæg, hvor den varme gas fra forgasseren ledes gennem en varmeveksler og herunder køles med kølegas eller -luft. De betydelige fordele, der ellers ville kunne opnås ved en sådan proces, er derfor aldrig blevet implementeret.

30 Fra US 4,582,129 kendes en gas-gas varmeveksler. Denne kendte gas-gas varmeveksler anvender et gennemstrømsretningsskift til at fjerne støvdynger ved indgangen til varmeveksleren, hvilket medfører en uhensigtsmæssig lav virkningsgrad.

35 Formålet med opfindelsen er at anvise et termisk forgasningsanlæg af den indledningsvis nævnte art til ved hjælp 3 DK 174763 B1 af tør rensning af gassen fra forgasseren at fremstille en generatorgas af så høj kvalitet, at gassen problemfrit lader sig anvende til at drive en gasmotor.

5 Det nye og særegne ifølge opfindelsen, hvorved dette opnås, består i, at anlægget er indrettet til periodevis at bringe gas- og luftstrømmen til at bytte varmevekslersider og til at skifte gennemstrømsretning.

10 Gassen fra forgasseren har almindeligvis et ikke ubetydeligt indhold af tjære, der er tilbøjelig til at afsætte sig som belægninger på varmefladerne i varmevekslerens kolde ende. Derved reduceres varmevekslerens effekt.

15 Ved at lade gas- og luftstrøm bytte varmevekslersider opnås, at der nu strømmer luft på den varmevekslerside, der tidligere blev gennemstrømmet af gas, og ved at skifte gennemstrømsretning opnås, at varmevekslerens tidligere kolde ende nu bliver dens varme ende.

20

Den varme luft i varmevekslerens nu varme ende påvirker tjærebelægningerne på den belagte varmeflade med en så høj temperatur, at belægningerne krakker, nedbrydes og forflygtiges og i denne tilstand føres med luften ud af varmeveksleren.

25 Derved renses den tidligere belagte varmeflade, således at varmevekslerens ydeevne retableres.

Den varme afgangsluft fra varmeveksleren kan med fordel anvendes til forgasningsprocessen i forgasseren, hvorved 30 luftens medbragte indhold af brændbare gasser fra tjærebelægningerne samtidigt nyttiggøres. Derved opnår det termiske forgasningsanlæg en optimal god energiøkonomi.

Kræves der mere luft til at nedkøle gassen i varmeveksleren end 35 til brug for forgasningsprocessen i forgasseren, kan varmeveksleren desuden være indrettet til gennemstrømning af 4 DK 174763 B1 endnu en luftstrøm, som herunder ligeledes varmes op af den gennemstremmende varme gas. Denne varme anden luftstrøm kan anvendes til successivt at tørre biomassen og/eller anvendes som varmekilde i et fjernvarmeanlæg.

5

Det termisk forgasningsanlæg kan desuden have en støvudskiller til at befri gassen for partikulære materialer, inden gassen når frem til varmeveksleren.

10 Opfindelsen forklares nærmere nedenfor, idet der beskrives en alene eksempelvis udførelsesform under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 skematisk viser et termisk forgasningsanlæg ifølge 15 opfindelsen, fig. 2 skematisk viser en varmeveksler til det i fig. 1 viste termiske forgasningsanlæg i én driftfase, og 20 fig. 3 viser samme i en anden driftfase.

Det i fig. 1 viste termiske forgasningsanlæg er i sin helhed angivet med henvisningstallet 1. Anlægget anvendes til at forgasse et biobrændsel 2, der tilføres fra en forrådsbeholder 25 3. Biobrændslet føres ved hjælp af en transportør 4 i pilens retning hen til en sluse 5, der successivt leder biobrændslet ned i en forgasser 6.

Forgasseren er af i og for sig kendt art og vil derfor ikke 30 blive beskrevet nærmere her. Til det viste anlæg anvendes en medstrømsforgasser for at sikre, at gassen opnår en høj i afgangstemperatur.

Forgasseren har en askeafgang 7 og er via en afgangskanal 8 35 forbundet med en støvudskiller 9 til at fjerne partikulært materiale fra gassen. Fra støvudskilleren strømmer gassen via 5 DK 174763 B1 en gaskanal 10 over i en varmeveksler 11, hvor gassen køles ned og renses for tjære. Den nu rensede gas føres via en anden gaskanal 12 til en gasmotor 13, der driver en elgenerator 14 til generering af elektrisk strøm.

5 I varmeveksleren strømmer gassen i modstrøm med en første og anden luftstrøm fra henholdsvis en første blæser 15 og anden blæser 16.

10 Den første luftstrøm ledes via en første luftkanal 17 ind foroven i forgasseren til brug for den forgasningsproces, der finder sted i forgasseren. Som tidligere nævnt, strømmer den første luftstrøm i medstrøm med biobrændslet i forgasseren for derved at bibringe gassen en høj afgangstemperatur.

15

Den anden luftstrøm ledes via en anden luftkanal 18 til, i det viste tilfælde, en tørreindretning 19 til at tørre biobrændslet 2.

20 Fig. 2 og 3 viser meget skematisk, hvorledes den i fig. 1 viste varmeveksler 11 er indrettet og virker. Varmeveksleren er delt op i et første og andet gennemstrømningsafsnit 20'; 20". Hvert af disse afsnit er af en første og anden varmetransmissionsvæg, henholdsvis 21',22'; 21",22" igen delt op i en første, anden og 25 tredie varmevekslerside, henholdsvis 23', 24', 25'; 23", 24", 25".

Den første varmevekslerside 23' i det første gennemstrømnings-afsnit 20' er via en kanal 26 forbundet med den anden 30 varmevekslerside 24" i det andet gennemstrømningsafsnit 20", v medens den anden varmevekslerside 24' i det første gennemstrøm ningsafsnit 20' via en anden varmevekslerkanal 27 er forbundet med den første varmevekslerside 23" i det andet gennemstrømningsafsnit 20". Den tredie varmevekslerside 25'; 25" i 35 henholdsvis det første og andet gennemstrømningsafsnit 20'; 20" er ikke forbundet med hinanden.

6 DK 174763 B1

Det bemærkes, at de to gennemstrømningsafsnit 20';20" alternativt kan være direkte forbundet med hinanden, dvs. uden varmevekslerkanalerne 26 og 27.

5

Som vist i fig. 2, strømmer gassen x ddd gennem varmeveksleren fra højre til venstre via det andet afsnits første varmevekslerside 23", den anden varmevekslerkanal 27 og det første afsnits anden varmevekslerside 24'. Samtidig strømmer 10 den første luftstrøm y i modsat retning, dvs. fra venstre til højre via det første afsnits første varmevekslerside 23', den første varmevekslerkanal 26 og det andet afsnits anden varmevekslerside 24", medens den anden luftstrøm z *“ > strømmer i samme retning som den 15 første luftstrøm, men alene gennem det første afsnits tredie varmevekslerside 25'. Gassen x gennemstrømmer således varmeveksleren i modstrøm med de to luftstrømme y og z. Det første afsnit 20' bliver derved varmevekslerens kolde ende.

20 Varmeveksleren 11 er udlagt således i afhængighed af de tre massestrømme og disses temperaturer ved indgangen til varmeveksleren, at gassens inhold af tjære ikke kan kondensere i det varme andet afsnit 20", men kun i det kolde første afsnit 20', dvs. på dettes varmetransmissionsvægge 21' og 22' . Derved 25 sættes disse vægge til med belægninger, der successivt vil reducere varmevekslerens ydeevne, således at det termiske forgasningsanlæg ikke længere vil kunne fungere effektivt.

For at undgå, at en sådan tilstand udvikler sig, er det 30 termiske forgasningsanlæg indrettet således (ikke vist) , at gasstrømmen x og den første luftstrøm y periodevis kan bytte 1 varmevekslerside og skifte gennemstrømningsretning, medens den anden luftstrøm z samtidigt skifter såvel position som gennemstrømningsretning.

35 7 DK 174763 B1

Denne situation er vist i fig. 3. Som det ses, er det tidligere kolde første afsnit 20' nu blevet til varmevekslerens varme afsnit, hvor den af den varme gasstrøm x stærkt opvarmede første luftstrøm bestryger de to vægge 21' og 22 ’, som i ét 5 eller andet omfang nu er sat til med belægninger. Den varme første luftstrøm y varmepåvirker disse belægninger således, at belægningerne krakker, nedbrydes og forflygtiges og i denne tilstand optages af den første luftstrøm y. Derved renses varmeveksleren for belægninger.

10

Medens det ene varmevekslerafsnit 20',20" på denne måde renses for belægninger, sættes det andet afsnits varmeflader imidlertid samtidigt til med belægninger. Derfor skiftes der periodevis frem og tilbage mellem den i fig. 2 og den i fig. 3 15 viste drifttilstand, således at varmevekslerens varmeflader aldrig når at blive sat til med belægninger i uacceptabelt omfang.

Som tidligere nævnt, anvendes den første luftstrøm y i den 20 forgasningsproces, der finder sted i forgasseren. Derved udnyttes dens varmeindhold fuldt ud. Desuden nyttiggøres de brændbare produkter, der blev optaget af luftstrømmen y under afrensningen af belægningerne på varmevekslerens varmeflader.

Som det ligeledes tidligere er nævnt, nyttiggøres den anden 25 luftstrøms z varmeindhold samtidigt til at tørre biobrændslet.

Varmeveksleren er desuden indrettet således, at gassen køles ned til omkring 10 - 20^C over dugpunktet, dvs. til mellem 70 og 800c, før den nu uden yderligere rensning lader sig anvende 30 som brændstof til gasmotoren.

Det termisk forgasningsanlæg ifølge opfindelsen kan således stedse arbejde med en optimal god energiøkonomi og producere en ren generatorgas, der er velegnet som brændstof til en 35 gasmotor. Gassen renses tørt, hvorved de ulenper, som er forbundet med de konventionelle vådrensemetoder, undgås.

8 DK 174763 B1

Varmeveksleren er ovenfor beskrevet og i fig. 2 og 3 vist helt principielt, og den kan naturligvis inden for opfindelsens ramme være indrettet på en hvilken som helst hensigtsmæssig 5 måde. 1

Claims (8)

9 DK 174763 B1

1. Termisk forgasningsanlæg (1), som dels omfatter en 5 forgasser (6) til at fremstille gas af et biobrændsel (2), dels , en varmeveksler (11) med mindst én varmetransmissionsvæg (21), der adskiller to varmevekslersider (23;24), som er indrettet < med modsatte strømningsretninger i forhold til hinanden og under drift tjener til gennemstrømning af henholdsvis en varm 10 gasstrøm (x) fra forgasseren (6) og en kold luftstrøm (y) fra en luftstrømsgenerator (15;16), kendetegnet ved, at det termiske forgasningsanlæg (1) er indrettet til periodevis at bringe gasstrømmen (x) og luftstrømmen (y) til at bytte varmevekslersider (23;24) og skifte gennemstrøms retning. 15

2. Termisk forgasningsanlæg (1) ifølge krav 1, kendetegnet ved, at varmeveksleren (11) har en anden varmetransmissionsvæg (22), der afgrænser en tredie varmevekslers ide (25) til en anden luftstrøm (z) med samme strømningsretning som den første 20 luftstrøm (y).

3. Termisk forgasningsanlæg (1) ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at varmeveksleren (11) er delt op i to gennemstrømningsafsnit (201; 20") 25

4. Termisk forgasningsanlæg (1) ifølge krav 3, kendetegnet ved, at den tredie varmevekslerside (25) kun gennemstrømmes af den anden luftstrøm (z) i det gennemstrømningsafsnit {20’;20“), som i en given driftsituation sidst gennemstrømmes af gasstrømmen 30 (x). if

5. Termisk forgasningsanlæg (1) ifølge ethvert af kravene 1 -4, kendetegnet ved, at anlægget omfatter et rørsystem (17), der forbinder forgasseren (6) med varmevekslerens (11) afgange for 35 den første luftstrøm (y).

10 DK 174763 B1

6. Termisk forgasningsanlæg (1) ifølge ethvert af kravene 1 - 5, kendetegnet ved, at anlægget omfatter et rørsystem (18), der forbinder en indretning (19) til torring af biobrændslet (2) med varmevekslerens (11) afgange for den anden luftstrøm (z). 5

7. Termisk forgasningsanlæg (1) ifølge ethvert af kravene 1 - 6, kendetegnet ved, at anlægget omfatter et rørsystem, der forbinder en varmeforbrugende indretning, f.eks. et fjernvarmeanlæg med varmevekslerens (11) afgange for den anden 10 luftstrøm (z).

8. Termisk forgasningsanlæg (1) ifølge ethvert af kravene 1 - 7, kendetegnet ved, at anlægget omfatter en støvudskiller (9), som er indskudt mellem forgasseren (6) og varmeveksleren (11) , 15 og som tjener til at fjerne partikulære materialer fra gassen, før denne når frem til varmeveksleren (11). 20 25 30 ti 35