EP1950272A1

EP1950272A1 - Method and device for thermal conversion of pellets or wood chippings

Info

Publication number: EP1950272A1
Application number: EP07023017A
Authority: EP
Inventors: Peter Rothacher
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-01-27
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2008-07-30
Also published as: DE102007004221A1

Abstract

The device has a spiral conveyor (2) arranged horizontally for conveying a press body e.g. pellet (1). A carburetor zone is operated in a counter flow principle and lies within a carburetor chamber (3). A carbonization zone is connected to the carburetor zone. The conveyor includes a heating device, where the carbonization zone lies within the conveyor. The carburetor chamber is coupled to a supply hole (8) with the conveyor. A generator gas burner (4) includes a nozzle and an air supply device that is arranged at the nozzle. An independent claim is also included for a method for thermal conversion of pellets or wood chippings.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur thermischen Umsetzung von Pellets oder Holzschnitzeln.The invention relates to a device and a method for the thermal conversion of pellets or wood chips.

Heizsysteme zur Verbrennung von Presskörpern organischer Substanzen wie beispielsweise Pellets, sind aus dem Stand der Technik bekannt. So beschreibt die EP 1 384 031 B1 einen Brenner zum Verbrennen von Feststoffen, insbesondere von Pellets, der in die Wandöffnung eines Kessels eingebaut ist, wobei die Wandöffnung derart konstruiert ist, dass sie den Feuerraum zumindest teilweise umschließt. Dabei ist das Hauptaugenmerk im Wesentlichen auf die Verbindung von Brenner und Kessel gerichtet.Heating systems for burning organic substances such as pellets are well known in the art. That's how it describes EP 1 384 031 B1 a burner for burning solids, in particular pellets, which is installed in the wall opening of a boiler, wherein the wall opening is constructed such that it at least partially surrounds the combustion chamber. The main focus is on the connection of burner and boiler.

Den aus dem Stand der Technik bekannten Heizvorrichtungen ist im Wesentlichen keine Vorrichtung nachgeschaltet, die der Rauchgasreinigung und der Abgaskondensation dient, so dass der Betrieb solcher Feuerungsanlagen mit Schadstoffemission verbunden ist, welche die meist gesetzlich vorgegebenen Grenzwerte überschreiten können. Bei der Verbrennung von festen Brennstoffen können Partikel mit Partikeldurchmessern von 50 nm bis 200 nm emittiert werden, deren Entfernung aus dem Abgas durch Filtrationsverfahren, Abgaswäsche oder Elektroabscheider bekannt ist. Eine solche Anlage zur Reinigung von Rauchgas ist beispielsweise in der DD 289 474 A5 offenbart. Hierbei müssen dem Rauchgasstrom jedoch Reagenzien zugesetzt werden, welche nach Reaktion mit den Schadstoffen weitere Verbindungen bilden, die in einem Filter abgeschieden werden. Die mit der Schadstoffverbindung beaufschlagten Filter müssen daher aufwändig entsorgt oder weiter abgereinigt werden. Eine solche Filterabreinigung kann mechanisch erfolgen, beispielsweise über Druck, verbunden mit weiterem apparativen Aufwand. Eine Abreinigung des Filters durch Abbrennen führt zu hoher Ascheproduktion, was zu weiteren Entsorgungsproblemen führt.The known from the prior art heaters is essentially no device downstream, which serves the flue gas cleaning and the exhaust gas condensation, so that the operation of such firing systems is associated with pollutant emissions, which can exceed the legal limits usually prescribed. In solid fuel combustion, particles with particle diameters of 50 nm to 200 nm may be emitted, the removal of which from the exhaust gas is known by filtration, scrubbing or electrostatic precipitators. Such a plant for the purification of flue gas is for example in the DD 289 474 A5 disclosed. In this case, however, reagents must be added to the flue gas stream, which form further compounds after reaction with the pollutants, which are deposited in a filter. The acted upon by the pollutant compound filter must therefore be disposed of consuming or further cleaned. Such a filter cleaning can be done mechanically, for example via pressure, combined with further equipment expense. A cleaning of the filter by burning leads to high ash production, which leads to further disposal problems.

Ferner sind aus dem Stand der Technik so genannte Abgaswäscher bekannt. DE 199 06 061 A1 beschreibt beispielsweise eine Vorrichtung zur schadstoffarmen Verbrennung nicht fossiler Brennstoffe, wobei das entstehende Rauchgas nach Abkühlung einem Gaswäscher zugeführt wird. Die apparative Gestaltung eines Gaswäschers ist aufwändig und führt zur Entstehung von Abwasser, so dass der Einsatz eines Gaswäschers zur Rauchgasreinigung in nicht industriellen Brenneranlagen wenig praktikabel ist.Furthermore, so-called exhaust gas scrubbers are known from the prior art. DE 199 06 061 A1 describes, for example, a device for low-emission combustion of non-fossil fuels, the resulting flue gas is supplied to a gas scrubber after cooling. The apparatus design of a scrubber is complex and leads to the formation of wastewater, so that the use of a gas scrubber for flue gas cleaning in non-industrial burner systems is not practical.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hinsichtlich der thermischen Umsetzung von Pellets und Holzschnitzeln in Bezug auf Brennwertausnutzung und partikuläre Verbrennungsabgasemission verbesserte Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen.The object of the invention is to provide a device and method improved with regard to the thermal conversion of pellets and wood chips with regard to calorific value utilization and particulate combustion exhaust gas emission.

Dies wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur thermischen Umsetzung von Pellets und Holzschnitzeln, die über eine Fördereinrichtung verfügt, welche die Pellets und Holzschnitzel nach vorangegangener Verkohlung in einer Verkohlungszone in eine Vergaserzone führt. Dort erfolgt die Umsetzung zu Generatorgas, welches mittels eines Brenners abschließend verbrannt wird. Diese Umsetzung erfolgt vorteilhaft mit hohem Wirkungsgrad, da die vorangegangene Verkohlung, die in der beheizbaren Fördereinrichtung erfolgt, das zu verbrennende Material bereits auf die Umsetzung zu Generatorgas nach dem Boudouard-Gleichgewicht optimal vorbereitet, was letztlich eine Verbrennung von Gas mit geringem partikulären Schadstoffausstoß bewirkt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verfügt zur Durchführung der Vergasung über eine Vergaserkammer, die eine Luftzuführvorrichtung und einen Auslass für das in der Kammer entstehende Generatorgas aufweist, die mit der Anordnung einer Zuführöffnung das verkohlte Brennmaterial in einer Gegenstromführung von Gas und Luft führt, so dass vorteilhaft ein gleichmäßiges Abbrennen und Vergasen in der Brennkammer erfolgt. Die beheizte Fördereinrichtung kann im Gleichstrom gefahren werden, so dass beide Strömungsprinzipien vereinigt eine optimierte Umsetzung der Brennstoffe bewirken. Durch die vorteilhaft optimierte thermische Umsetzung werden weniger Partikel aus der Vorrichtung emittiert; somit ist der Schadstoffausstoß reduziert.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die Vorrichtung zur thermischen Umsetzung von Pellets und Holzschnitzeln, umfassend eine Zuführvorrichtung für selbige, die mit der Fördereinrichtung zum Fördern der Brennstoffe in die Vergaserkammer in Verbindung steht. Die vorteilhaft zwischen der Fördereinrichtung und der Zuführvorrichtung angeordnete Rückschlagsicherung verhindert das Rückschlagen von in der Fördereinrichtung bereits entstehenden Verkohlungsgasen in Richtung der Zuführvorrichtung.
Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Vorrichtung zur Wärmeübertragung, die nahe der Vergaserkammer und/oder der Fördereinrichtung derart angeordnet ist, dass sie vorteilhaft die Abwärme der entstehenden Verbrennungsabgase aufnimmt und diese vorteilhaft dort in den Prozess zurückführt, wo Energie zur Aufheizung benötigt wird. Damit wird vorteilhaft die Energiebilanz des Verbrennungsprozesses verbessert.
Ferner legt die Erfindung ein Verfahren zur thermischen Umsetzung von Pellets und Holzschnitzeln dar, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es mit der Vorrichtung der vorstehenden Ausführungsbeispiele durchgeführt wird.This is solved with the features of independent claims 1 and 12. Advantageous developments can be found in the dependent claims.
An embodiment of the present invention relates to a device for the thermal conversion of pellets and wood chips, which has a conveyor, which leads the pellets and wood chips after previous charring in a charring zone in a Vergaserzone. There, the conversion to generator gas, which is finally burned by means of a burner. This conversion is advantageously carried out with high efficiency, since the previous charring, which takes place in the heatable conveyor, optimally prepares the material to be combusted for conversion to generator gas after the Boudouard equilibrium, which ultimately causes a combustion of gas with low particulate pollutant emissions.
Another embodiment of the present invention has gasification chamber for performing the gasification, which has an air supply device and an outlet for the generator gas produced in the chamber, which with the arrangement of a feed opening leads the charred fuel in a countercurrent flow of gas and air, so that advantageously a uniform burning and gasification takes place in the combustion chamber. The heated conveyor can be driven in DC, so that both flow principles combined effect an optimized implementation of the fuels. Due to the advantageously optimized thermal conversion less particles are emitted from the device; thus the pollutant emissions are reduced.
Another embodiment relates to the apparatus for thermal conversion of pellets and wood chips, comprising a supply device for the same, which communicates with the conveyor for conveying the fuels into the gasification chamber. The non-return valve, which is advantageously arranged between the conveying device and the feeding device, prevents the rejection of charring gases already produced in the conveying device in the direction of the feeding device.
Further embodiments relate to a device for heat transfer, which is arranged near the gasification chamber and / or the conveyor such that it advantageously absorbs the waste heat of the resulting combustion exhaust gases and advantageously returns them there in the process where energy is needed for heating. This advantageously improves the energy balance of the combustion process.
Furthermore, the invention provides a method for the thermal conversion of pellets and wood chips, the method being characterized in that it is carried out with the device of the preceding embodiments.

Weitere Ausführungsbeispiele sowie Vorteile, die mit diesen und weiteren Ausführungsbeispielen verbunden sind, werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die Figuren verdeutlicht. Es zeigen:

Fig. 1: eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur thermischen Umsetzung von organischen Fest-Brennstoffen mit horizontal angeordneter Förderschnecke und horizontal angeordnetem Brenner,
Fig.2: eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur thermischen Umsetzung von organischen Fest-Brennstoffen mit vertikal angeordneter Förderschnecke und horizontal angeordnetem Brenner und
Fig.3: eine weitere Anordnung der Vorrichtung zur thermischen Umsetzung von organischen Fest-Brennstoffen, mit vertikal angeordneter Förderschnecke und vertikal angeordnetem Brenner.

Further embodiments and advantages associated with these and other embodiments will become apparent from the following description with reference to the figures. Show it:

Fig. 1: a device according to the invention for the thermal conversion of solid organic fuels with horizontally arranged screw conveyor and horizontally arranged burner,
Fig.2: another embodiment of a device according to the invention for the thermal conversion of solid organic fuels with vertically arranged screw conveyor and horizontally arranged burner and
Figure 3: a further arrangement of the device for the thermal conversion of solid organic fuels, with vertically arranged screw conveyor and vertically arranged burner.

Grundsätzlich umfassen die erfindungsgemäßen Vorrichtungen zur thermischen Umsetzung von organischen Fest-Brennstoffen, wie beispielsweise Pellets oder Holzschnitzeln, eine Fördereinrichtung zum Fördern der Pellets und Holzschnitzel, eine im Gegenstromprinzip betriebene Vergaserzone, eine im Gleichstromprinzip betriebene, der Vergaserzone vorgeschaltete Verkohlungszone sowie einen Generatorgasbrenner. Die Fördereinrichtung weist eine Heizeinrichtung auf, so dass das Brennmaterial vorgeheizt werden kann bis hin zur Verkohlung. Die Verkohlungszone liegt innerhalb der Fördereinrichtung.
Dabei ist anzumerken, dass nachfolgend unter "Fördereinrichtung" eine ein- oder mehrteilige Einrichtung verstanden wird, wobei aktives oder passives Fördern eingeschlossen sind. So kann die Fördereinrichtung eine Förderschnecke sein, oder auch eine Rutsche, ein Fallrohr oder Kombinationen aus beidem. Eine eigene Heizung des entsprechenden Fördermittels kann in der Wandung vorliegen, ebenfalls ist denkbar, dass eines oder alle der Fördermittel, welche die Fördereinrichtung bilden, von außen beheizt werden. Eine der Vorheizmöglichkeiten der Fördereinrichtung von außen kann in der Aufnahme von Wärmeenergie durch eine Wärmetauschvorrichtung liegen, die an der Fördereinrichtung anliegt.
Regelmäßig findet die Vergasung in einer Vergaserkammer statt, die mit zumindest einer Zuführvorrichtung ausgestattet ist. Hierunter ist eine Öffnung zu verstehen, die geeignet ist, die Zufuhr der verbrennenden Materialien in die Vergaserkammer zu ermöglichen. Ferner hat die Vergaserkammer einen Auslass für das bei dem Vergasungs- und Verkohlungsprozess entstehende Generatorgas.
Um das Generatorgas abschließend umzusetzen, ist ein Brenner oder auch "Generatorgasbrenner", an dem Generatorgasauslass der Vergaserkammer angeordnet. Der Brenner muss geeignet sein, das Generatorgas zu verbrennen. Solche Brenner sind dem Fachmann bekannt. Geeignete Brenner können über eine Düse verfügen, die mit einer Luftzuführvorrichtung in Verbindung steht, so dass Luft dem Verbrennungsprozess an der Düse zugeführt werden kann.
Fig. 1 zeigt beispielhaft eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur thermischen Umsetzung von organischen Festkörpern, mit horizontal angeordneter Förderschnecke und vertikal angeordnetem Brenner. Darin ist eine trichterförmige Zuführvorrichtung für die Brennstoffe derart über einer Förderschnecke 2 angeordnet, dass die Brennstoffe nach unten fallen und in die Förderschnecke 2 gelangen. Die Förderschnecke 2 ist beheizt, so dass während des Transports durch die Förderschnecke 2 bereits eine Verkohlung der beförderten Brennstoffe erfolgt.
Selbstverständlich können in anderen Ausführungsbeispielen die Zuführvorrichtung für die Brennstoffe und die Förderschnecke 2 auf andere Weise zueinander angeordnet sein, eine Rohrverbindung zwischen beiden ermöglicht beispielsweise auch eine räumlich distanzierte Anordnung.
Die Förderschnecke 2 ist mit der Vergaserkammer 3 derart gekoppelt, dass die Vergaserkammer 3 durch ihre Zuführöffnung 8 direkt mit den verkohlten von der Förderschnecke 2 kommenden Brennstoffen beaufschlagt wird. Auch die bei der Verkohlung entstehenden Gase gelangen in den Brenner 4, da sie durch die Förderschnecke 2 im Gleichstrom mit dem beförderten Verbrennungsmaterialien bewegt werden. Damit die bei der Verkohlung entstehenden Gase nicht in die Zuführvorrichtung gelangen, ist zwischen der Förderschnecke 2 und der Zuführvorrichtung eine als Zellradschleuse 6 gestaltete Rückschlagsicherung angeordnet.
Zwischen der Förderschnecke 2 und der Vergaserkammer 3 kann als passive Fördereinrichtung ein (nicht dargestelltes) beheiztes Rohr angeordnet sein. Es genügt dann, eine kürzere Förderschnecke 2 einzusetzen, die lediglich das Material in Bewegung versetzt und vorheizt. Die Verkohlung kann dann auch in dem Heizrohr durchgeführt werden, so dass sich die Verkohlungszone insgesamt in der aus Förderschnecke 2 und Rohr gestalteten Fördereinrichtung befindet.
In weiteren Ausführungsbeispielen kann es sich als günstig erweisen, die der Fördereinrichtung zugeführte Luft in Bezug auf die entstehenden Verkohlungsgase und das zu verkohlende Material im Querstrom zu führen. Eine Pluralität an Luftzufuhröffnungen in der Wandung eines der Fördermittel oder des Fördermittels ermöglicht dies.
Nachdem das Brenngut verkohlt wurde und durch die Zuführöffnung 8 in die Vergaserkammer 3 gelangt ist, wird es über das Gebläse 5 mit Luft durchströmt. Dabei reagiert die Holzkohle zuerst in den unteren Schichten mit dem zugeführten Luftsauerstoff zu Kohlendioxid. Der Oxidationsprozess der Kohle unterliegt dem Boudouard-Gleichgewicht, so dass im weiteren Kohlenmonoxid entsteht.
Die Gase steigen in der Vergaserkammer 3 nach oben, so dass eine obere Zone in der Vergaserkammer 3 entsteht, in welcher durch eine Erhöhung der Temperatur auf etwa 1100 °C das Boudouard-Gleichgewicht derart verschoben wird, dass es auf Seite des Kohlenmonoxid liegt. Ferner wird durch die hohe Temperatur bewirkt, dass der in den durchströmenden Verkohlungsgasen enthaltene Teer pyrolysiert wird. Das entstandene sogenannte Generatorgas, reich an Kohlenmonoxid, wird nun durch Verbrennung mittels des Brenners 4 zu Kohlendioxid umgesetzt, wenn es durch den Generatorgasauslass 9 aus der Vergaserkammer 3 austritt. Die Strömungsverhältnisse sind in der Vergaserkammer 3 durch das Gegenstromprinzip bestimmt, wodurch ein gleichmäßiges Abreagieren erfolgt.
Nahe der Düse des Brenners 4 ist ferner eine mit einem weiteren Gebläse 5 gekoppelte Luftzufuhrleitung verbunden, so dass für den Verbrennungsvorgang der entsprechend notwendige Luftsauerstoff zur Verfügung steht. Generatorgasauslass 9 und Brenner 4 sind von einer Vorrichtung zur Wärmeübertragung, einem Wärmetauscher 11, umgeben. Damit kann die Wärmeenergie des abströmenden Außenverbrennungsabgases, während dieses stromabwärts gekühlt wird, genutzt werden, um die Wärmeenergie an anderen Stellen dem thermischen Umsetzungsprozess zur Verfügung zu stellen. Wie in Figur 1 durch die Pfeile a gezeigt, bewegt sich das Verbrennungsabgas mäandrierend durch die Wärmetauschervorrichtung 11, ehe es durch den Verbrennungsabgasauslass 7 nach außen tritt. Die bei dem Prozess entstehende Asche wird durch einen Ascheauslass 10, der im Boden der Vergaserkammer 3 vorliegt, aus der Vorrichtung geführt. Die Bewegung des Aschenstroms ist durch den Pfeil b in Figur 1 angezeigt.
Der Wärmetauscher kann in weiteren, figurativ nicht gezeigten Ausführungsbeispielen so angeordnet sein, dass er sich von dem Brenner bis hin zu der beheizbaren Fördereinrichtung erstreckt. Er kann sich gleichzeitig oder stattdessen auch bis lediglich zur Vergaserkammer erstrecken, so dass die Wärmeenergie der Fördereinrichtung oder der Vergaserkammer zugeführt werden kann.
Die als Fördereinrichtung verwendete Förderschnecke ist vorzugsweise aus einem hochtemperaturfesten Edelstahl oder einer Keramik geschaffen; als besonders temperaturfestes und robustes Material kommt Kordierit in Frage. Die Düse des Brenners und die Verkohlungskammer sind ebenfalls aus einem hochtemperaturfesten Material beschaffen, es kommen insbesondere Aluminiumtitanat, Siliziumkarbid und Aluminiumtrioxyd oder weitere bekannte keramische Verbindungen als Materialien in Frage. Die Vergaserkammer und die Düse des Brenners können einstückig gefertigt sein. Damit wird vorteilhaft vermieden, dass es zwischen Düse und Vergaserkammer zu Austrittsöffnungen für das Generatorgas kommt, welches ansonsten nachteilig der weiteren Oxidation entzogen würde. Als Materialien für die Fördereinrichtung bzw. die Förderschnecke kommen insbesondere hochtemperaturfeste Edelstähle oder Keramiken wie Kordierit in Frage.
Weitere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung können so gestaltet sein, dass die Förderschnecke horizontal angeordnet ist, wohingegen die Zuführvorrichtung für die festen Brennstoffe und die Vergasungskammer vertikal angeordnet sind; ebenfalls kann sowohl die Förderschnecke als auch die Vergasungskammer vertikal angeordnet sein, so dass das der Förderschnecke zuzuführende Material über eine Rohrverbindung von der Vorrichtung, in welcher das zu verbrennende Material lagert, in die Fördereinrichtung transportiert wird. Der Wärmetauscher kann horizontal neben der Vergaserkammer angeordnet sein, so dass er im Wesentlichen den Brenner umgibt, oder er kann horizontal so angeordnet sein, dass er den Brenner, den Brenner und die Vergasungskammer oder überdies zusätzlich die Förderschnecke, zumindest teilweise umgibt.
Eine weitere räumliche Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird aus Fig. 2 deutlich: Die Förderschnecke 2 ist vertikal angeordnet und ragt in die ebenfalls senkrecht angeordnete Vergaserkammer 3 hinein, so dass sich die Zuführöffnung 8, aus welcher die verkohlten Pellets der Vergaserkammer 3 zugeführt werden, bereits in derselben befindet. Die Förderschnecke 2 wird durch die sie umgebende Vergaserkammer 3 vorteilhaft beheizt. Ferner zeigt Fig. 2 eine beabstandet angeordnete trichterförmige Zuführvorrichtung für die Brennstoffe, die über ein Zuführrohr 12 mittels Schwerkraft zur Förderschnecke 2 befördert werden. Die Zellradschleuse 6, die dazu dient, dass Verbrennungsgase nicht in Richtung Zuführvorrichtung zurück schlagen, ist hier zwischen dem Zuführrohr 12 und der Förderschnecke angeordnet.
Die Vergaserkammer 3 weist einen Generatorgasauslass 9 auf, so dass das erzeugte Generatorgas mittels des horizontal angeordneten Brenners 4 zu Kohlendioxid umgesetzt werden kann, ehe es in den Wärmetauscher 11 übertritt, den es als Verbrennungsabgas durch den Auslass 7 verlässt, wie durch die Pfeile a indiziert ist. Vorteilhaft ist eine Speichervorrichtung 13 unterhalb des Wärmetauschers 11 angeordnet, so dass die gespeicherte Energie weiteren Prozessen mit Wärmebedarf zugeführt werden kann.
Fig. 3 zeigt eine weitere Anordnungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Förderschnecke 2 und Verbrennungskammer 3 sind angeordnet wie bereits in Fig. 2 dargestellt, der Generatorgasbrenner 4 ist jedoch vertikal über der Vergaserkammer 3 angeordnet, so dass die Verbrennungsgase diesem nach Verlassen des Generatorgasauslasses 7 direkt entgegenströmen. Die sich an den Brenner 4 anschließende und diesen umgebende Vorrichtung zum Wärmetausch ist ebenfalls vertikal orientiert. Die gezeigte Anordnung ist besonders vorteilhaft für schmale Räumlichkeiten, die einen hohen Aufbau erlauben.
Um das erfindungsgemäße Verfahren zur thermischen Umsetzung der festen Brennstoffe durchzuführen, werden diese zunächst in die Fördereinrichtung gegeben von wo sie zur Vergaserkammer 3 befördert werden. Während des Beförderns zur Vergaserkammer 3 werden die Brennstoffe zu Kohle und Gas verkohlt, was nach dem Gleichstromprinzip erfolgt. Die Verkohlung findet bei einer Temperatur im Bereich von 400 °C bis 800 °C statt, einer besonders geeigneten Verkohlungstemperatur liegt zwischen 500 °C und 600 °C.
Bei mehrteiligen Fördereinrichtungen kann das Brennmaterial jedoch auch zunächst durch lediglich auf Vorheiztemperatur gebrachte Fördermittel bei etwa 300 °C bis 400 °C geführt werden, ehe es in dem unmittelbar vor der Vergaserkammer liegenden Fördermittel den hohen Verkohlungstemperaturen ausgesetzt wird.
Nachdem Kohle und Gas von der Fördereinrichtung durch die Zuführöffnung 8 in die Vergaserkammer 3 gefördert werden, werden sie im Gegenstrom von der über das Gebläse 5 zugeführten Luft durchströmt, so dass eine Oxidation erfolgt und sich Generatorgas bildet. Dieses steigt nach oben, in eine heißeste Zone der Vergaserkammer 3, wodurch sich das Vergasungsgleichgewicht zugunsten von Kohlenmonoxid verschiebt. In einem weiteren Schritt wird das Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid verbrannt, in dem es unter Sauerstoff bzw. Luftzufuhr in der Düse des Brenners 4 einem Verbrennungsprozess unterzogen wird. Die Verbrennungsabgase strömen stromabwärts durch den Wärmetauscher 11 und werden dabei abgekühlt. Das Verfahren kann dabei so geführt werden, dass die bei der Abkühlung frei werdende Wärmeenergie dem Prozess an anderer Stelle zugeführt wird, beispielsweise indem der Wärmetauscher 11 so angeordnet ist, dass er die Verbrennungskammer 3 oder die Fördereinrichtung derart umgibt, dass diese durch die abkühlenden Verbrennungsgase erhitzt werden. Ferner kann das Verfahren vorzugsweise so geführt werden, dass die Luft, welche dem Brenner 4 an der Düse durch die zweite Luftzuführvorrichtung zugeführt wird, mit einem so geringen Luftüberschuss der Verbrennung zugeführt wird, dass das Generatorgas mit einem Luftverhältnis von λ etwa 1 verbrennt. Die Strömungsführung im Prozess, die zunächst dem Gleichstromprinzip in der Verkohlungszone folgt, wird durch das Gegenstromprinzip bei der Vergasung ideal ergänzt, da das Gleichstromprinzip einen niedrigen Teergehalt begünstigt und das Gegenstromprinzip eine gleichmäßige Verbrennung fördert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das mit ihr durchgeführte Verfahren dienen nicht nur zur thermischen Umsetzung von Pellets oder Holzschnitzeln. Es können auch andere Formen brennbarer Feststoffe oder andere geeignete Substanzen thermisch umgesetzt werden, die nicht in Pelletform vorliegen sondern in anderer, zur Verkohlung geeigneter Form.In principle, the devices according to the invention for the thermal conversion of solid organic fuels, such as pellets or wood chips, include a conveyor for conveying the pellets and wood chips, operated in countercurrent carburetor zone, operated in the co-current principle, the carburetor zone upstream charring zone and a generator gas burner. The conveyor has a heater, so that the fuel can be preheated up to the charring. The charring zone lies within the conveyor.
It should be noted that hereinafter by "conveyor" is meant a single or multi-part device, with active or passive conveying are included. Thus, the conveyor may be a screw conveyor, or a chute, a downpipe or combinations of both. A separate heating of the corresponding conveyor may be present in the wall, it is also conceivable that one or all of the funding, which form the conveyor, are heated from the outside. One of the Vorheizmöglichkeiten the conveyor from the outside can be in the absorption of heat energy through a heat exchange device, which rests on the conveyor.
Regularly, the gasification takes place in a gasification chamber, which is equipped with at least one feed device. This is to be understood as an opening which is suitable for allowing the supply of the combustible materials into the gasification chamber. Further, the gasification chamber has an outlet for the generator gas produced in the gasification and charring process.
In order to finally convert the generator gas, a burner or "generator gas burner" is arranged on the generator gas outlet of the gasification chamber. The burner must be capable of burning the generator gas. Such burners are known to the person skilled in the art. Suitable burners may have a nozzle communicating with an air supply device so that air can be supplied to the combustion process at the nozzle.
Fig. 1 shows an example of a device according to the invention for the thermal conversion of organic solids, with horizontally arranged screw conveyor and vertically arranged burner. Therein is a funnel-shaped feeder for the fuels arranged above a screw conveyor 2 that the fuels fall down and get into the screw conveyor 2. The screw conveyor 2 is heated, so that during transport through the screw conveyor 2 is already a charring of transported fuels.
Of course, in other embodiments, the fuel feeder and the screw conveyor 2 may be arranged in a different way to each other, a pipe connection between the two, for example, allows a spatially distant arrangement.
The screw conveyor 2 is coupled to the gasification chamber 3 such that the gasification chamber 3 is acted upon directly by its feed opening 8 with the charred fuels coming from the screw conveyor 2. Also, the resulting in the charring gases enter the burner 4, since they are moved by the screw conveyor 2 in cocurrent with the transported combustion materials. So that the gases produced during the charring do not reach the feeding device, a non-return valve designed as a rotary valve 6 is arranged between the conveying screw 2 and the feeding device.
Between the screw conveyor 2 and the gasification chamber 3, a (not shown) heated pipe can be arranged as a passive conveyor. It is then sufficient to use a shorter screw conveyor 2, which merely sets the material in motion and preheats. The charring can then also be carried out in the heating tube, so that the charring zone as a whole is located in the conveying device 2 and tube designed conveyor.
In further exemplary embodiments, it may prove advantageous to cross-flow the air supplied to the conveyor with respect to the resulting charring gases and the material to be charred. A plurality of air supply openings in the wall of one of the conveying means or the conveying means makes this possible.
After the firing material has been charred and has passed through the feed opening 8 into the gasification chamber 3, it is flowed through the blower 5 with air. The charcoal reacts first in the lower layers with the supplied atmospheric oxygen to carbon dioxide. The oxidation process of the coal is subject to the Boudouard equilibrium, so that further carbon monoxide is formed.
The gases rise in the gasifier chamber 3 upwards, so that an upper zone is formed in the gasification chamber 3, in which by raising the temperature to about 1100 ° C, the Boudouard equilibrium is shifted so that it is on the side of the carbon monoxide. Further, the high temperature causes the tar contained in the carbonization gases passing through to be pyrolyzed. The resulting so-called generator gas, rich in carbon monoxide, is then converted by combustion by means of the burner 4 to carbon dioxide when it exits through the generator gas outlet 9 from the gasification chamber 3. The flow conditions are determined in the gasification chamber 3 by the countercurrent principle, whereby a uniform Abreagieren takes place.
Near the nozzle of the burner 4, a further connected to a further blower 5 air supply line is further connected, so that the correspondingly necessary atmospheric oxygen is available for the combustion process. Generator gas outlet 9 and burner 4 are surrounded by a device for heat transfer, a heat exchanger 11. Thus, the heat energy of the outflowing external combustion exhaust gas, while being cooled downstream, can be utilized to provide the heat energy elsewhere in the thermal conversion process. As in FIG. 1 Shown by the arrows a, the combustion exhaust gas moves meandering through the heat exchanger device 11 before passing out through the combustion exhaust gas outlet 7. The ash produced during the process is led out of the device through an ash outlet 10, which is present in the bottom of the gasification chamber 3. The movement of the ash stream is indicated by the arrow b in FIG. 1 displayed.
The heat exchanger may be arranged in further, not figuratively shown embodiments so that it extends from the burner to the heatable conveyor. It may extend at the same time or instead only to the gasification chamber, so that the thermal energy of the conveyor or the gasification chamber can be supplied.
The auger used as a conveyor is preferably made of a high temperature resistant stainless steel or a ceramic; As a particularly temperature-resistant and robust material Cordierite comes into question. The nozzle of the burner and the Verkohlungskammer are also made of a high temperature resistant material, there are in particular aluminum titanate, silicon carbide and aluminum trioxide or other known ceramic compounds as materials in question. The gasification chamber and the nozzle of the burner can be made in one piece. This is advantageously avoided that it comes between nozzle and carburetor chamber to outlet openings for the generator gas, which would otherwise be disadvantageously removed from the further oxidation. As materials for the conveyor or the auger are in particular high temperature resistant stainless steels or ceramics such as cordierite in question.
Further embodiments of the device according to the invention may be designed such that the conveyor screw is arranged horizontally, whereas the solid fuel feed device and the gasification chamber are arranged vertically; Also, both the screw conveyor and the gasification chamber can be arranged vertically, so that the material to be fed to the screw conveyor is transported into the conveyor via a pipe connection from the device in which the material to be burned is stored. The heat exchanger may be disposed horizontally adjacent the gasifier chamber so as to substantially surround the burner, or horizontally disposed so as to at least partially surround the burner, the burner and the gasification chamber, or additionally the screw conveyor.
Another spatial arrangement of the device according to the invention is made Fig. 2 clearly: The screw conveyor 2 is arranged vertically and protrudes into the likewise vertically arranged carburetor chamber 3, so that the feed opening 8, from which the charred pellets of the gasification chamber 3 are supplied, is already in the same. The screw conveyor 2 is advantageously heated by the surrounding gasification chamber 3. Further shows Fig. 2 a spaced-apart funnel-shaped feed device for the fuels, which are conveyed via a feed tube 12 by gravity to the screw conveyor 2. The rotary valve 6, which serves to prevent combustion gases from hitting back in the direction of the feed device, is arranged here between the feed tube 12 and the screw conveyor.
The gasification chamber 3 has a generator gas outlet 9, so that the generated generator gas can be converted to carbon dioxide by means of the horizontally arranged burner 4 before it passes into the heat exchanger 11, leaving it as combustion exhaust gas through the outlet 7, as indicated by the arrows a is. An advantage is one Storage device 13 disposed below the heat exchanger 11, so that the stored energy can be supplied to other processes with heat demand.
Fig. 3 shows a further arrangement possibility of the device according to the invention. Conveying screw 2 and combustion chamber 3 are arranged as already in Fig. 2 illustrated, however, the generator gas burner 4 is arranged vertically above the gasification chamber 3, so that the combustion gases flow directly counter to this after leaving the Generatorgasauslasses 7. The adjoining the burner 4 and this surrounding device for heat exchange is also oriented vertically. The arrangement shown is particularly advantageous for narrow spaces that allow a high structure.
In order to carry out the process according to the invention for the thermal conversion of the solid fuels, these are first introduced into the conveyor from where they are conveyed to the gasification chamber 3. During conveyance to the gasification chamber 3, the fuels are charred to coal and gas, which is done on the DC principle. The charring takes place at a temperature in the range of 400 ° C to 800 ° C, a particularly suitable charring temperature is between 500 ° C and 600 ° C.
In multi-part conveyors, however, the fuel can also be first performed by only brought to preheating temperature conveyor at about 300 ° C to 400 ° C before it is exposed in the lying directly in front of the carburetor conveyor the high charring temperatures.
After coal and gas are conveyed from the conveyor through the feed opening 8 into the gasification chamber 3, they are flowed through in countercurrent from the air supplied via the fan 5, so that oxidation takes place and generator gas is formed. This rises to the hottest zone of the carburetor chamber 3, which shifts the gasification equilibrium in favor of carbon monoxide. In a further step, the carbon monoxide is burned to carbon dioxide, in which it is subjected to a combustion process under the oxygen or air supply in the nozzle of the burner 4. The combustion exhaust gases flow downstream through the heat exchanger 11 and are thereby cooled. The method may be carried out in such a way that the heat energy released during the cooling is supplied to the process elsewhere, for example by arranging the heat exchanger 11 so that it surrounds the combustion chamber 3 or the conveying device in such a way that these are heated by the cooling combustion gases. Further, the method may preferably be performed so that the air supplied to the burner 4 at the nozzle through the second air supply device is supplied to the combustion with such a small excess air that the generator gas burns at about 1 with an air ratio of λ. The streaming process in the process, which initially follows the DC principle in the charring zone, is ideally complemented by the countercurrent principle in gasification, since the DC principle favors a low tar content and promotes the countercurrent principle, a uniform combustion.
The device according to the invention and the process carried out with it serve not only for the thermal conversion of pellets or wood chips. It is also possible to thermally convert other forms of combustible solids or other suitable substances which are not present in pellet form but in another form suitable for charring.

Claims

Apparatus for the thermal conversion of compacts (1), consisting of renewable raw materials, with a conveying device for conveying the compacts (1), a countercurrent operated carburetor zone, a co-current zone operated upstream of the gasification zone, and a generator gas burner (4),
characterized in that the conveying device (2) has a heating device and that the charring zone lies within the conveying device.

Device according to claim 1,
characterized in that the gasifier zone lies within a gasification chamber (3) having at least a first air supply device, an ash outlet (10), a feed opening (8) suitable for feeding pellets (1) and wood chips, and a generator gas outlet (9) ,

Apparatus according to claim 1 or 2,
characterized in that the gasification chamber (3) is coupled to the feed opening (8) with the conveyor.

Device according to one of claims 1 to 3,
characterized in that the generator gas burner (4) comprises a nozzle and has a second air supply device arranged on the nozzle.

Device according to one of claims 2 to 4,
characterized in that the generator gas burner (4) is arranged on the generator gas outlet (9) of the gasification chamber (3).

Device according to one of claims 1 to 5, comprising a feed device for the pellets (1) and wood chips,
characterized in that the conveyor is in communication with the pellet feeder (1) and wood chips, with a non-return guard adapted to prevent the flashback of gases between the conveyor and the feed opening (8).

Device according to one of claims 1 to 6,
comprising a device for heat transfer suitable for the removal of exhaust gas, characterized in that the device for heat transfer downstream of the generator gas burner (4) is arranged.

Device according to claim 7,
characterized in that the device for heat transfer extends from the generator gas burner (4) to the conveyor and / or the gasification chamber (3) and at least partially surrounds them.

Device according to one of claims 2 to 8,
characterized in that the gasification chamber (3) at least partially surrounds the conveyor.

Device according to one of claims 1 to 9,
characterized in that the conveyor is a screw conveyor (2), preferably made of a high-temperature resistant stainless steel or a ceramic, in particular cordierite.

Device according to one of claims 4 to 10,
characterized in that the nozzle of the generator gas burner (4) and the gasification chamber (3) are made in one piece, preferably made of aluminum titanate or a SiC or Al ₂ O ₃ -containing material.

Process for the thermal conversion of pellets (1) and wood chips by means of a device according to one of claims 1 to 11,
characterized,

- that the pellets (1) and wood chips are fed from the conveyor through the charring zone, where they are carbonized to carbon and gas,

- That the coal and the gas are passed through the gasifier zone, whereby they are subjected to a gasification to DC generator gas, and

- That the generator gas is burned by means of the generator gas burner (4) to a combustion exhaust gas.

Method according to claim 12,
characterized,

- That the charring of the pellets (1) and wood chips to coal and gas takes place in the conveyor and

- That the coal and the gas from the conveyor through the supply port (8) are fed into the gasification chamber (3), and

- That the air supply takes place by means of the second air supply device.

Method according to claim 12 or 13,
characterized in that the charring is carried out at a temperature in the range of from 400 ° C to 800 ° C, preferably from 500 ° C to 600 ° C.

Method according to one of claims 12 to 14,
characterized in that the combustion exhaust gas is discharged downstream through the heat transfer device and thereby cooled.

Method according to claim 15,
characterized in that the second air supply device promotes only a small excess of air to the nozzle of the generator gas burner (4), so that the generator gas with an air ratio of λ ≈ 1 burns.