EP0167516A2 - Vergaser für feste teerhaltige Brennstoffe - Google Patents

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    • C10J2300/0973—Water
    • C10J2300/0976—Water as steam

Definitions

  • the invention relates to a carburetor for solid tar-containing fuels, such as coal, wood or pyrolysis, which is surrounded by a hot steam and / or CO 2 -containing gas, with a gas collecting space arranged above the fuel bed for the outgassing gases, which by a at the Insulation arranged on the outside of the wall structure is separated from the surroundings.
  • a carburetor for solid tar-containing fuels such as coal, wood or pyrolysis
  • the invention has set itself the task of countering tar condensation without adversely affecting the economy of the gasifier.
  • the present invention is characterized in that the wall construction of the gasification zone and the gas collecting space is hollow and is at least partially filled with a heating fluid. Further essential features of the invention are specified in the subclaims.
  • the invention makes it possible to use heat directly from the fuel bed to heat the walls around which the gas flows, using a type of heat pipe construction.
  • the invention is of particular importance if the fuel gas generated is fed to the combustion process from the carburetor with the shortest possible line. Since the gasification process is easier to control than the combustion process, the detour via gasification has tax advantages compared to the direct combustion process, in particular in the event of intermittent firing.
  • the invention is shown, for example and schematically, in the attached figure.
  • the figure shows a carburetor with a downstream dust collector for the fuel gas generated.
  • the gasifier essentially consists of a fuel bed (5), in which solid tar-containing fuels, such as coal, wood, pyrolysis material or organic substances, are subjected to a heating process, whereby combustible gases are released which Via a gas discharge line (7) to a gas cleaning device such as a cyclone (11), before they are heated while still warm in a burner (not shown).
  • the fuel bed (5) essentially consists of three layers (5, 5 ', 5 "), through which the fuel flows according to arrow (12) in sequence.
  • the gasification of the fuel takes place by alternating or simultaneous flow of air around the hot fuel
  • This gaseous medium is blown from below into the more or less conical fuel bed, as shown by arrow (13), whereby it first flows through the burned-out ashes, some of which are still gasified.
  • the water vapor is heated to the reaction temperature, which is of the order of 1000 to 1200 0.
  • the ash layer is indicated by the reference symbol 5 ".
  • the highest temperature is reached in the gasification zone (5 '), the water vapor being split and the Carbon of the fuel is converted into CO.
  • tars are also converted into the fuels mentioned
  • the end zone of the fuel bed (5) serves to preheat the fuel, with some tar products evaporating and escaping with the gas into the gas collecting space (6). Since the gas is cooled on the fuel, tar droplets condense out and partially settle on the cold fuel or on the wall of the gas generator, in particular on the wall of the gas collecting space.
  • insulation (10) is provided which separates the hot parts from the cold ambient air. This measure, however, does not prevent heat transport, it only brakes it.
  • the wall in the area of the gas collecting space is heated. This takes place in that the wall construction (1) has a cavity (2) within the insulation (10) through which a heating medium such as steam flows. If there is steam at the desired temperature, this is the cheapest way to heat the carburetor.
  • a separate steam generation can also be provided by providing a heat carrier in the cavity (3) of the boundary wall (4) of the fuel bed (5), which absorbs the heat in the area of the gasification layer (5 ') and through Gives heat flow to the wall parts above.
  • a liquid is particularly suitable for this purpose, which evaporates at the temperature of the wall in the area of the fuel bed and whose vapor condenses in the area of the gas collection space, as a result of which the condensing steam heats the wall of the gas collection space.
  • Such liquids are known in heat pipe systems, for example based on diphenyl.
  • the gas discharge line (7) and the downstream separator or the fuel line (14) to the burner (not shown) are also connected to this heating system.
  • a condenser (9) is provided at the highest point of the steam chamber, in which the excess steam is cooled and condensed in indirect heat exchange with the ambient air, so that in the cavities (2 and 3) of the wall construction (1) Overpressure remains limited.
  • a heating device (8) is also provided for maintaining the temperature during the start-up process, in which the heating liquid can also be heated and evaporated during standstill or during the start-up process.
  • the heating device (8) and the condenser (9) can be controlled by the prevailing pressure in the cavity (2 or 3).
  • the ashes generated by the carburetor are discharged according to arrow (15).
  • the fly ash accumulating in the separator (14) is discharged according to arrow (16).

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Abstract

Zur Vermeidung der Teerausscheidung an den Wandungen des Vergasers werden die Begrenzungswandungen (4) hohl ausgebildet und im Hohlraum (2,3) wird eine Flüssigkeit als Wärmeträger vorgesehen, die im vorgesehenen Temperaturbereich verdampft. Der Dampf kondensiert im Bereich des Gassammelraumes (6), und das entstehende Kondensat fließt in den Verdampfungsbereich zurück. Zur Vermeidung von Überdruck im Holhlraum sind Sicherheitseinrichtungen vorgesehen.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Vergaser für feste teerhaltige Brennstoffe, wie z.B.Kohle,Holz oder Pyrolysegut, die durch ein heißen Wasserdampf und/oder C02-hältiges Gas umströmt werden, mit einem oberhalb des Brennstoffbettes angeordneten Gassammelraum für die ausgasenden Gase, der durch eine an der Außenseite der Wandkonstruktion angeordnete Isolierung von der Umgebung getrennt ist.
  • Bei den bekannten Vergasern verliert das die Schüttung des Brennstoffes durchsickernde heiße Gas während des Sickervorganges an Temperatur und heizt im Gegenstrom den langsam abwärts sinkenden Brennstoff vor. Hiebei wird am relativ kühlen Brennstoff ein Teil des Teeres kondensiert und an den Brennstoff angelagert. Diese Vorgänge sind erwünscht. Allerdings soll es an den Wandungen des Gassammelraumes und besonders in den Gas- ableitungen zu keinen Teerabscheidungen kommen. Aus diesem Grund wird der Gaserzeuger in der Nähe des Gasverbrauchers angeordnet, um damit die Gasleitung möglichst kurz zu halten. Der Einbau eines Teerabscheiders scheitert im allgemeinen an der Wirtschaftlichkeit, weil dadurch der Heizwert des erzeugten Schwachgases reduziert wird und die Wärme des heißen Brenngases hiebei verloren geht. Um diesen Nachteilen teilweise zu begegnen, wird die Wandung des Gassammelraumes und auch die Ableitung des Gases isoliert, wodurch Wärmeverluste reduziert werden. Diese Maßnahme führt aber lediglich zu einer Verlangsamung des Zuwachsens der Gasleitung.
  • Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gestellt, der Teerkondensation zu begegnen, ohne daß die Wirtschaftlichkeit des Vergasers negativ beeinflußt wird. Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Wandkonstruktion der Vergasungszone und des Gassammelraumes hohl ausgebildet ist und von einem Heizfluid zumindest teilweise gefüllt ist. Weitere wesentliche Erfindungsmerkmale sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, daß die Erfindung es ermöglicht, direkt Wärme aus dem Brennstoffbett zur Beheizung der Wandungen, die vom Gas umflossen werden, zu verwenden, wobei eine Art Wärmerohrkonstruktion Verwendung findet.
  • Die Erfindung ist von besonderer Bedeutung, wenn das erzeugte Brenngas mit möglichst kurzer Leitung dem Verbrennungsprozeß vom Vergaser zugeführt wird. Da der Vergasungsprozeß leichter steuerbar ist als der Verbrennungsprozeß, ergeben sich aus dem Umweg über die Vergasung gegenüber dem Direktverbrennungsprozeß steuertechnische Vorteile,insbesondere bei aussetzender Feuerung.
  • Die Erfindung ist in der angeschlossenen Figur beispielsweise und schematisch dargestellt. Die Figur zeigt einen Vergaser mit nachgeschaltetem Staubabscheider für das erzeugte Brenngas.
  • Der Vergaser besteht im wesentlichen aus einem Brennstoffbett (5), in welchem feste teerhaltige Brennstoffe, wie z.B. Kohle, Holz, Pyrolysegut oder auch organische Substanzen, einem Erhitzungsprozeß unterworfen werden, wobei brennbare Gase freigesetzt werden, die Über eine Gasableitung (7) einer Gasreinigungseinrichtung wie z.B. Zyklon (11) zugeführt werden, bevor sie im noch warmen Zustand in einem nicht dargestellten Brenner verheizt werden. Das Brennstoffbett (5) besteht im wesentlichen aus drei Schichten (5, 5', 5"), welche vom Brennstoff gemäß Pfeil (12) der Reihe nach durchströmt werden. Die Vergasung des Brennstoffes erfolgt durch abwechselnde oder gleichzeitige Umströmung des heißen Brennstoffes mit Luft und Wasserdampf. Dieses gasförmige Medium wird gemäß Pfeil (13) von unten in das mehr oder weniger kegelförmige Brennstoffbett eingeblasen, wobei es zuerst die ausgebrannte Asche, die zum Teil noch vergast, durchströmt. Bei dieser Durchströmung wird die Asche abgekühlt und die Luft bzw. der Wasserdampf auf die Reaktionstemperatur, die in der Größenordnung von 1000 bis 1200 0 liegt, erhitzt wird. Die Aschenschichte ist durch das Bezugszeichen 5'' angedeutet. In der Vergasungszone (5') wird die höchste Temperatur erreicht, wobei der Wasserdampf gespalten und der Kohlenstoff des Brennstoffes in CO umgewandelt wird. Bei diesem Vergasungsprozeß werden aber auch Teere in die genannten Brennstoffe umgewandelt. Die anschließende Zone des Brennstoffbettes (5) dient der Vorwärmung des Brennstoffes, wobei einige Teerprodukte verdampfen und mit dem Gas in den Gassammelraum (6) entweichen. Da das Gas am Brennstoff abgekühlt wird, kondensieren Teertröpfchen aus und legen sich teilweise am kalten Brennstoff bzw. an der Wandung des Gaserzeugers, insbesondere an der Wandung des Gassammelraumes, an. Um die Wandungen möglichst warm zu halten, ist eine Isolierung (10) vorgesehen, die die heißen Teile von der kalten Umgebungsluft trennen. Durch diese Maßnahme wird aber der Wärmetransport nicht verhindert, sondern nur gebremst. Um den Wärmetransport zu verhindern bzw. in die negative Richtung umzuwandeln, wird die Wandung im Bereich des Gassammelraumes beheizt. Dies erfolgt dadurch, daß die Wandkonstruktion (1) innerhalb der Isolierung (10) einen Hohlraum (2) aufweist, durch den ein Heizmedium wie z.B. Dampf strömt. Ist auch Dampf mit der gewünschten Temperatur vorhanden, so ist dies die billigste Beheizung des Vergasers.
  • Um eine Fremddampfbeheizung zu vermeiden, kann aber auch eine eigene Dampferzeugung vorgesehen werden, indem im Hohlraum (3) der Begrenzunqswand (4) des Brennstoffbettes (5) ein Wärmeträger vorgesehen wird, der die Wärme im Bereich der Vergasungsschichte (5') aufnimmt und durch Wärmeströmung an die darüber gelegenen Wandteile abgibt. Hiezu eignet sich im besonderen Maße eine Flüssigkeit, die bei der Temperatur der Wand im Bereich des Brennstoffbettes verdampft und deren Dampf im Bereich des Gassammelraumes kondensiert, wodurch der kondensierende Dampf die Wand des Gassammelraumes beheizt. Derartige Flüssigkeiten sind bei Wärmerohr-(Heatpipe)-Anlagen z.B. auf Diphenyl-Basis bekannt. An diesem Beheizungssystem ist auch die Gasableitung (7) und der nachgeschaltete Abscheider bzw. die Brennstoffleitung (14) zum nicht dargestellten Brenner angeschlossen. Zur Regelung der Beheizung ist an der höchsten Stelle des Dampfraumes ein Kondensator (9) vorgesehen, in dem der überschüssige Dampf in indirektem Wärmetausch mit der Umgebungsluft gekühlt und kondensiert wird, so daß in den Hohlräumen (2 und 3) der Wandkonstruktion (1) der Überdruck begrenzt bleibt. Gleichfalls ist zur Temperaturhaltung während des Anfahrvorganges eine Beheizungseinrichtung (8) vorgesehen, in welcher die Heizflüssigkeit auch während des Stillstandes bzw. des Anfahrvorganges beheizt und verdampft werden kann. Die Beheizungseinrichtung (8) und der Kondensator (9) können vom herrschenden Druck im Hohlraum (2 oder 3) gesteuert werden. Die beim Vergaser anfallende Asche wird gemäß Pfeil (15) abgeführt. Die im Abscheider (14) anfallende Flugasche wird gemäß Pfeil (16) abgeführt.

Claims (7)

1) Vergaser für feste teerhaltige Brennstoffe, wie z.B. Kohle, Holz oder Pyrolysegut, die durch ein heißen Wasserdampf und/oder CO2-hältiges Gas umströmt werden, mit einem oberhalb des Brennstoffbettes angeordneten Gassammelraum für die ausgasenden Gase, der durch eine an der Außenseite der Wandkonstruktion angeordnete Isolierung von der Umgebung getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandkonstruktion (1) der Vergasungszone und des Gassammelraumes hohl ausgebildet ist und von einem Heizfluid zumindest teilweise gefüllt ist.
2) Vergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (2) der Wandkonstruktion (1) im oberen Teil mit einem Hohlraum (3) in der Begrenzungswand (4) des Brennstoffbettes (5) verbunden ist, wobei im Hohlraum (3) ein Wärmeträger vorgesehen ist, der durch Wärmezirkulation den Hohlraum (2) in der Wand des Gassammelraumes (6) aus dem Brennstoffbett (5) beheizt.
3) Vergaser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandkonstruktion für den Gassammelraum und des Brennstoffbettes als Doppelwandkonstruktion ausgebildet ist und einen gemeinsamen Hohlraum (2 und 3) aufweist und daß vorzugsweise die Innenwand der Doppelwandkonstruktion an der Außenseite Rippen aufweist.
4) Vergaser nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (3) in der Wand im Bereich des Brennstoffbettes (5) als Verdampfungsraum und der Hohlraum (2) in der Wand im Bereich des Gassammelraumes (6) als Kondensationsraum für einen flüssigen Wärmeträger ausgebildet ist, der im Temperaturbereich der Wandtemperatur des Brennstoffbettes siedet.
Vergaser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum in der Wand im Bereich des Brennstoffbettes (5) zumindest zum Zeitpunkt des An- und Abfahrens mit einer Beheizungseinrichtung (8) verbunden ist, die temperatur- und/oder druckgesteuert ist.
Vergaser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (2) in der Wand im Bereich des Gassammelraumes (6) und/oder der Gasableitung mit einem, insbesondere druckgesteuerten, Kondensator (9) verbunden ist.
Vergaser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasableitung (7) aus dem Gassammelraum (6) eine hohle Wandkonstruktion wie die Begrenzungswand des Gassammelraumes (6) aufweist und dieser Hohlraum am Hohlraum der Begrenzungswand des Gassammelraumes (6) oder direkt am Hohlraum der Begrenzungswand (4) des Brennstoffbettes (5) angeschlossen ist.
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