EP3230412A1 - Downdraft fixed-bed gasifier for generating a product gas from pourable biomass particles - Google Patents

Downdraft fixed-bed gasifier for generating a product gas from pourable biomass particles

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EP3230412A1
EP3230412A1 EP15808371.7A EP15808371A EP3230412A1 EP 3230412 A1 EP3230412 A1 EP 3230412A1 EP 15808371 A EP15808371 A EP 15808371A EP 3230412 A1 EP3230412 A1 EP 3230412A1
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EP
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tubular
component
carburetor
bed gasifier
tank
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Michael Hofmeister
Horst Dressler
Julien UHLIG
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Rosmarin Holdings Ltd
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Entrade Energiesysteme AG
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Definitions

  • DC fixed-bed gasifier for producing a product gas from pourable biomass particles
  • the invention relates to a DC fixed bed gasifier for producing a product gas from pourable biomass particles according to claim 1, a method for operating such a DC fixed bed gasifier according to claim 14, a method for starting such a DC fixed bed gasifier according to claim 18 and a method for shutting down such DC fixed bed gasifier according to claim 19.
  • Fixed bed gasifier for producing a combustible product gas from biomass pellets, in particular from wood chips or wood pellets, are characterized by a comparatively simple structure.
  • the flow direction of the combustion air and the product gas on the one hand and the feed direction of the biomass particles are opposite and, in the case of the direct current gasifier, the feed direction of the biomass particles coincides with the flow direction of combustion air and product gas.
  • a distinction is made between different reaction zones, namely drying, pyrolysis, oxidation and reduction zones, in which different thermochemical reactions take place.
  • the position of the oxidation zone is determined by the position of the air supply by means of nozzles.
  • the air supply by means of nozzles has the disadvantage that in the area of the oxidation zone no homogeneous air distribution takes place and temperature differences of up to 400 degrees can occur locally. This can lead to deposits of incineration residues (slag) at undesirable locations in the gasifier compartment, this impairs the movement of the biomass particles and causes an inhomogeneous gas flow which leads to increased tar values in the product gas.
  • the fixed bed gasifier Due to the air supply from above and the withdrawal of the product gas below the grate, the fixed bed gasifier only flows through from top to bottom.
  • the drying zone and the pyrolysis zone forms in the carburetor component, which protrudes into the carburetor tank, the oxidation zone is formed below the open end of the carburetor component followed by the reduction zone above the grate.
  • the local binding of the oxidation zone is effected by the gas flow from top to bottom and by means of a cross-sectional jump between carburetor component and carburetor at the open end of the carburetor component, resulting in different flow velocities.
  • Another advantage of the cross-sectional widening is that the pyrolysis gases are limited by no pipe wall when flowing through the oxidation zone. On pipe walls, there are no uniform flow conditions and therefore no evenly high temperatures. If pyrolysis gas flows through the oxidation zone at the edge of a pipe wall, as is the case in the prior art, the long-chain hydrocarbons are not completely broken up. Due to the absence of the pipe wall, additional long-chain hydrocarbon compounds are broken up, which leads to an improvement in the engine capability of the product gas.
  • the advantageous embodiment of the invention according to claim 2 to 4 simplifies the construction of the DC Fettbettvergasers and allows a uniform air and product gas flow with a temperature-homogeneous oxidation zone a Most of the long-chain hydrocarbon compounds breaks up and thus produces a high quality product gas.
  • the distance h of the open end of the carburetor component corresponds approximately to the diameter d of the carburetor component. This optimum was found empirically. If the distance h is smaller than this optimum, the reduction zone decreases, which has a negative effect on the product gas quality. If the distance h is greater than this optimum, the reduction zone increases, which likewise has an unfavorable effect on the product gas quality.
  • the inner diameter d of the tubular carburetor component must be so large that a bed of biomass particles can form in the carburetor component.
  • the empirically found ratio interval of inner diameter D of the carburetor tank to inner diameter d of the carburetor component given in claim 7 results in a functional DC fixed-bed carburettor.
  • the biomass particle conveyor as a lock for supplying the biomass particles in used the tubular carburetor component.
  • This embodiment can also be used independently of the present invention in other fixed bed gasifiers.
  • the product or wood gas produced in the DC fixed bed gasifier is preferably used in a CHP with an internal combustion engine or a fuel cell to provide electrical and thermal energy.
  • the product gas generated in the DC fixed-bed gasifier is cooled and cleaned in a downstream gas treatment facility.
  • this cooled and purified product gas is mixed with cold combustion air compared to the product gas from the gas processing device, whereby further cooling takes place. This further cooling can lead to unwanted precipitation of solids or liquids and in particular of tar.
  • the product gas is cooled to temperatures, so that it is z. b. can be used as fuel in a CHP.
  • the advantageous embodiment of the invention according to claim 13 ensures that the Biomasszwechen sectionung in the carburetor component is high enough to distribute the amount of air flowing through the Biomasszwechen section sufficiently and evenly before the first reaction zone over the entire cross section. Due to the continuous supply of combustion air via the biomass particle bed and the continuous removal of the product gas, the various reaction zones of the DC fixed-bed gasifier remain stationary and defined conditions are formed. The use of biomass pellets as biomass particles is advantageous. Claim 16.
  • the method of starting up a DC fixed bed gasifier according to claim 18 relates to a simple and preferred way of starting the biomass particle filled DC fixed bed gasifier.
  • the ignition of the Biomasseteilchen takes place in an advantageous manner by the blowing of hot air in the area under the open end of the tubular Vergaserbauteils.
  • the temperature of the hot air is chosen so that the biomass particles are safely ignited.
  • the level of biomass particle discharge in the tubular gasifier component decreases and as few as possible unused biomass particles remain. If a large proportion of unused biomass particles remained in the tubular carburetor component after the end of the air supply, this outgassing and the moist gas would lead to swelling of the overlying biomass particles. This swelling can then lead to a clogging of the tubular carburetor component when restarting.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of an exemplary embodiment of the invention with the essential components.
  • Fig. 2 is a schematic representation of the combination of Gleichstrom- fixed bed gasifier of Figure 1 with gas treatment and CHP.
  • Fig. 3 shows the biomass particle bed in the gasifier and the various reaction zones.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of the invention.
  • the DC fixed-bed gasifier according to the present invention comprises a tubular carburettor tank 2 whose ends are closed with an upper lid 4 and a lower lid 5.
  • a tubular carburetor component 6 with an open end 8 and a closed end 9 protrudes into the carburetor tank 2 with the open end 8.
  • the closed end 9 of the carburetor component 6 projects through the upper lid 4 out of the carburetor tank 2.
  • the open end 8 of the carburetor 6 comes to lie approximately in the middle of the carburetor tank 2.
  • a rotatable grate 10 is arranged, which can be moved periodically by a motor drive 12 which passes through the lower lid 5.
  • a motor drive 12 which passes through the lower lid 5.
  • an air supply 16 for supplying combustion air L in the carburetor tank 2 and a level sensor 18, with which determine the level of biomass particles in the tubular Vergaserbauteil 6 and monitor.
  • an ignition device 20 and a closed inspection shaft 22 are provided, which penetrate the outer wall of the carburetor tank 2.
  • the ignition device 20 is used to generate hot air in a temperature range between 300 ° C and 600 ° C to ignite when starting the DC fixed bed gasifier, the biomass particles in the area below the open end 8 of the carburetor, ie in the region of the oxidation zone.
  • the ignition device 20 includes an air nozzle 21 for hot air, which passes through the carburetor tank 2. Through the air nozzle 21 made of ceramic, the parts of the ignition device 20, which are arranged within the carburetor tank 2 are thermally decoupled from the parts outside of the carburetor tank 2. About the inspection shaft 22 can be made at standstill of the reactor, maintenance, cleaning in the reactor tank interior.
  • product gas PG 24 is withdrawn from the carburetor tank 2 via a product gas take-off.
  • the ash falling through the grate 10 is discharged from the fixed-bed gasifier through the product gas stream PG via the product gas outlet 24.
  • Both the tubular carburetor tank 2 and the tubular carburetor component 6 have an annular cross-section and are arranged concentrically to each other.
  • the tubular carburetor component 6 has an inner diameter d which is smaller than the inner diameter D of the tubular carburetor tank 2.
  • the feed for biomass particles 14 is connected via a first lock valve 28 to a biomass particle conveyor 30 in the form of a screw conveyor.
  • the screw conveyor 30 is connected in a gas-tight manner to a biomass particle reservoir 32, which is closed to the outside via a second lock valve 34 in a gastight manner with respect to the surroundings.
  • these two components act as sluice for feeding biomass particles into the fixed-bed gasifier between the two lock valves 28, 34.
  • FIG. 2 illustrates the combination of the fixed-bed gasifier according to FIG. 1 with a downstream gas conditioning device and a CHP.
  • the product gas PG leaving the product gas outlet 24 is supplied to a gas treatment device 36.
  • the product gas is cooled in a heat exchanger and solid and liquid impurities are separated as far as possible.
  • the cooled and treated product gas from the product gas treatment device 36 is fed to a gas mixing section 40 of a gas engine 42 via a product gas line 38.
  • the gas mixing section 40 also includes a supply of combustion air 44.
  • the mixture of relatively cold outside air and comparatively hot product gas from the product gas processing device 36 in a mixed gas line 46 the resulting gas mixture is further cooled, so that further liquid impurities can fail.
  • These liquid impurities settle in a condensate separator 48 at the end of the mixed gas line 46 immediately before feeding the gas mixture to the gas engine 42 and can be discharged. This increases the quality of the mixed gas and prevents harmful impurities in the gas engine.
  • FIG. 3 shows the DC fixed-bed gasifier in the stationary operating state with the biomass particle bed 50 in the carburettor tank 2 and in the carburetor component 6 and the position of the various reaction zones.
  • the oxidation zone OZ is formed Immediately below the open end 8 of the carburetor component 6, the oxidation zone OZ is formed. Under the oxidation zone OZ is the reduction zone RZ, which extends to the grate 10.
  • the pyrolysis zone PZ extends over the oxidation zone OZ and the completion zone forms the drying zone TZ.
  • the carburetor tank 2 is initially filled via the feed 14 to a desired level SP with biomass particles, so that the biomass bed 50 results.
  • the ignition device 20 By injecting hot air by means of the ignition device 20, the biomass particles are ignited immediately below the open end 8 of the carburetor component 6, so that the oxidation zone OZ can form.
  • the ignition device 20 is switched off and already now combustion air L is supplied via the air supply 16.
  • the remaining reaction zones gradually form.
  • the product gas stream from the product gas vent 24 is supplied to the gas treatment device 36. In the gas treatment device 36, the product gas quality is monitored.
  • the product gas stream from the product gas vent 24 is flared due to its poor quality in an exhaust flare (not shown).
  • the product gas in the gas processor 36 is cooled and as far as possible freed of solid and liquid contaminants.
  • the target level SP of the biomass particles in the gasifier component is monitored by the level sensor 18 and, if necessary, monitored via the biomass particle feeders. means 30, via the first gate valve 28 and the feed 14 biomass particles refilled.
  • the supply of biomass particles is first stopped so that the level of the biomass particles in the gasifier component 6 drops below the desired level SP. If a large proportion of unused biomass particles remained in the tubular carburetor component after the end of the air supply, this outgassing and the moist gas would lead to swelling of the overlying biomass particles. This swelling can then lead to a clogging of the tubular carburetor component when restarting.
  • a minimum biomass particle level MP is reached, the air supply and the gas production are stopped. This minimum level MP corresponds approximately to the upper limit of the pyrolysis zone PZ in the stationary operating state. In this way, as little unconsumed biomass particles remain in the carburettor tank 2 and in the carburetor component 6.
  • Particularly suitable for the fixed bed gasifier according to the present invention are wood pellets or biomass pellets.
  • Kaolin is added to the biomass pellets during production, so that the finished pellets contain a kaolin content of 1 mass% to 5 mass% and preferably of 1.5 mass% to 3 mass%.
  • the addition of kaolin increases the melting point of the ashes obtained in the biomass gasification, so that clogging of the grate 0 or undesired attachment of the ash to other components of the fixed bed gasifier is less likely or avoided.

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Abstract

The invention relates to a downdraft fixed-bed gasifier for generating a product gas from pourable biomass particles, to a method for operating such a downdraft fixed-bed gasifier, to a method for starting such a downdraft fixed-bed gasifier, and to a method for shutting down such a downdraft fixed-bed gasifier. By supplying air through the bed of biomass particles in the tubular gasifier component, a uniform distribution of the air is produced. Hardly any temperature differences occur in the oxidation zone by virtue of the uniform distribution. As a result, even pyrloysis gases produced over the oxidation zone flow through the oxidation zone in a uniform manner. The uniformity of the gas and the air flows allows a product gas to be generated with low tar quantities. The oxidation zone is locally connected by means of a cross-sectional jump between the gasifier component and the gasifier container at the open end of the gasifier component, different flow speeds resulting from said cross-sectional jump. By expanding the cross-section, the flow speed is slowed compared to conventional fixed-bed gasifiers. The different flow speeds within and outside the tubular gasifier component virtually fix the oxidation zone in front of the open end of the tubular gasifier component. Another advantage of the expanded cross-section is that the pyrolysis gases are not delimited by a tube wall while flowing through the oxidation zone. The flow conditions on tube walls are not uniform, and thus the temperatures there are not uniformly high. When pyrolysis gas flows on the edge of a tube wall through the oxidation zone, as is the case in the prior art, the long-chain hydrocarbons are not completely broken down. Additional long-chain hydrocarbon compounds are broken down by virtue of the absence of the tube wall, thus leading to an improvement of the motor efficiency when using the product gas.

Description

Beschreibung  description
Gleichstrom-Festbettvergaser zum Erzeugen eines Produktgases aus schüttbaren Biomasseteilchen DC fixed-bed gasifier for producing a product gas from pourable biomass particles
Die Erfindung betrifft einen Gleichstrom-Festbettvergaser zum Erzeugen eines Produktgases aus schüttbaren Biomasseteilchen nach Anspruch 1 , ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Gleichstrom-Festbettvergasers nach Anspruch 14, ein Verfahren zum Anfahren eines solchen Gleichstrom-Festbettvergasers nach Anspruch 18 und ein Verfahren zum Herunterfahren eines solchen Gleichstrom-Festbettvergasers nach Anspruch 19. The invention relates to a DC fixed bed gasifier for producing a product gas from pourable biomass particles according to claim 1, a method for operating such a DC fixed bed gasifier according to claim 14, a method for starting such a DC fixed bed gasifier according to claim 18 and a method for shutting down such DC fixed bed gasifier according to claim 19.
Festbettvergaser zur Erzeugung eines brennbaren Produktgases aus Biomassepellets, insbesondere aus Hackschnitzel oder Holzpellets, zeichnen sich durch einen vergleichsweise einfachen Aufbau aus. Man unterscheidet Gegenstrom- und Gleichstromvergaser. Beim Gegenstromvergaser ist die Strömungsrichtung der Verbrennungsluft und des Produktgases einerseits und der Zuführrichtung der Biomasseteilchen entgegengesetzt und beim Gleichstromvergaser stimmt die Zuführrichtung der Biomasseteilchen mit der Strömungsrichtung von Verbrennungsluft und Produktgas überein. In Festbettvergasern werden verschiedene Reaktionszonen, nämlich Trock- nungs-, Pyrolyse-, Oxidations- und Reduktionszone unterschieden, in denen verschieden thermochemische Reaktionen ablaufen. Fixed bed gasifier for producing a combustible product gas from biomass pellets, in particular from wood chips or wood pellets, are characterized by a comparatively simple structure. A distinction between countercurrent and Gleichstromvergaser. In the case of a countercurrent gasifier, the flow direction of the combustion air and the product gas on the one hand and the feed direction of the biomass particles are opposite and, in the case of the direct current gasifier, the feed direction of the biomass particles coincides with the flow direction of combustion air and product gas. In fixed-bed gasifiers, a distinction is made between different reaction zones, namely drying, pyrolysis, oxidation and reduction zones, in which different thermochemical reactions take place.
Eine Übersicht zum Thema Festbettvergasung von Biomasseteilchen ist aus dem Vortrag„Festbett-Vergasung -Stand der Technik (Überblick)" von Lettner, Haselbacher und Timmerer auf der Tagung„ Thermo-chemische Biomasse-Vergasung für eine effiziente Strom/Kraftstoffbereitstellung - Erkenntnisstand 2007" im Februar 2007 in Leipzig (http://www.holzgasjournal.de/download/2_Stufen_vergaser_1.pdf) bekannt. In dieser Übersicht ist ein Gleichstromschachtvergaser erläutert, bei dem die Biomasseteilchen von oben mit der Schwerkraft dem Vergaserbehälter zugeführt werden. Die Verbrennungsluft wird im mittleren Bereich über Düsen zugeführt und das Produktgas wird aus dem unteren Bereich des Vergaserbehälters abgezogen. In diesem bekannten Festbettvergaser bildet sich von oben nach unten die Trocknungs- Pyrolyse-, Oxida- tions- und Reduktionszone aus. Die Oxidationszone bildet sich im Bereich der Luftzuführung aus und soll auf diese Zone begrenzt bleiben, die Reduktionszone darunter, unmittelbar über dem Rost. Der Produktgasabzug erfolgt aus dem Bereich des Vergaserbehälters unter dem Rost in dem sich auch die durch den Rost fallende kleinteilige Asche ansammelt. An overview on the topic of fixed bed gasification of biomass particles is from the lecture "fixed bed gasification state of the art (overview)" of Lettner, Haselbacher and Timmerer at the conference "Thermo-chemical biomass gasification for an efficient power / fuel supply - state of knowledge 2007" February 2007 in Leipzig (http://www.holzgasjournal.de/download/2_Stufen_vergaser_1.pdf) known. In this review, a Gleichstromschachtvergaser is explained in which the biomass particles are fed from above with gravity to the carburetor. The combustion air is supplied in the middle region via nozzles and the product gas is withdrawn from the lower region of the carburetor tank. In this known Fixed-bed gasifier forms the drying pyrolysis, oxidation and reduction zone from top to bottom. The oxidation zone is formed in the area of the air supply and should remain limited to this zone, the reduction zone below, just above the grid. The product gas is withdrawn from the area of the carburetor tank under the grate in which the small ash falling through the grate also accumulates.
Um eine stabile Prozessführung zur erhalten wird angestrebt, dass diese verschiedenen Zonen nahezu ortsfest im Vergaserbehälter sind. Bei Gleichstromvergasern wird die Lage der Oxidationszone durch die Lage der Luftzuführung mittels Düsen festgelegt. Die Luftzuführung mittels Düsen hat den Nachteil, dass im Bereich der Oxidationszone keine homogene Luftverteilung stattfindet und Temperaturunterschiede von bis zu 400 Grad lokal entstehen können. Dies kann zu Ablagerungen von Verbrennungsrückständen (Schlacke) an unerwünschten Orten im Vergaserraum führen, dies beeinträchtigt die Bewegung der Biomasseteilchen und verursacht eine inhomogene Gasströmung welche zu erhöhten Teerwerten im Produktgas führt. In order to obtain a stable process management is sought that these different zones are almost stationary in the carburetor. For DC gasifiers, the position of the oxidation zone is determined by the position of the air supply by means of nozzles. The air supply by means of nozzles has the disadvantage that in the area of the oxidation zone no homogeneous air distribution takes place and temperature differences of up to 400 degrees can occur locally. This can lead to deposits of incineration residues (slag) at undesirable locations in the gasifier compartment, this impairs the movement of the biomass particles and causes an inhomogeneous gas flow which leads to increased tar values in the product gas.
Ausgehend von dem Gleichstrom-Festbettvergaser gemäß dem Vortrag„Festbett- Vergasung -Stand der Technik (Überblick)" ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Gleichstrom-Festbettvergaser sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Gleichstrom-Festbettvergasers anzugeben, bei dem schädliche Temperaturgradienten im Bereich die Oxidationszone vermieden werden. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Anfahren und zum Herunterfahren eines solchen Festbettreaktors anzugeben. Starting from the DC fixed-bed gasifier according to the lecture "fixed-bed gasification-state of the art (overview)", it is an object of the present invention to provide a DC fixed bed gasifier and a method for operating such a DC fixed bed gasifier, wherein the harmful temperature gradients in the It is a further object of the invention to specify a method for starting up and shutting down such a fixed bed reactor.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1 , 14, 18 bzw. 19. The solution of this object is achieved by the features of claim 1, 14, 18 and 19, respectively.
Dadurch, dass die Luftzufuhr durch die Biomasseteilchenschüttung in dem rohrförmigen Vergaserbauteil erfolgt, ergibt sich eine Gleichverteilung der Luft. Durch diese Gleichverteilung sind in der Oxidationszone kaum Temperaturunterschiede vorhanden. Dies hat zur Folge, dass auch Pyrolysegase, welche über der Oxidationszone entstehen, gleichmäßig durch die Oxidationszone strömen. Durch diese Gleichmäßigkeit der Gas und Luftströmungen lässt sich ein Produktgas mit geringen Teermengen erzeugen. The fact that the air is supplied through the biomass particle bed in the tubular carburetor component, results in a uniform distribution of the air. Due to this uniform distribution, there are hardly any temperature differences in the oxidation zone. This has the consequence that also pyrolysis gases, which arise over the oxidation zone, flow evenly through the oxidation zone. By this uniformity of the gas and air flows can produce a product gas with low tar amounts.
Durch die Luftzufuhr von oben und den Abzug des Produktgases unten unterhalb des Rostes wird der Festbettvergaser nur von oben nach unten durchströmt. Hierbei bildet sich die Trocknungszone und die Pyrolysezone in dem Vergaserbauteil aus, das in den Vergaserbehälter hineinragt, die Oxidationszone bildet sich unter dem offenen Ende des Vergaserbauteils aus gefolgt von der Reduktionszone über dem Rost. Die örtliche Bindung der Oxidationszone erfolgt durch die Gasströmung von oben nach unten und mittels eines Querschnittsprungs zwischen Vergaserbauteil und Vergaserbehälter am offenen Ende des Vergaserbauteils, aus dem unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten resultieren. Durch die Erweiterung des Querschnitts wird im Gegensatz zu herkömmlichen Festbettvergasern die Strömungsgeschwindigkeit verlangsamt. Herkömmliche Festbettvergaser haben unter der Oxidationszone eine Einschnürung, welche die Strömungsgeschwindigkeit des Gases erhöht. Durch die unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten innerhalb und außerhalb des rohrförmigen Vergaserbauteils wird die Oxidationszone quasi vor dem offenen Ende des rohrförmigen Vergaserbauteils fixiert. Due to the air supply from above and the withdrawal of the product gas below the grate, the fixed bed gasifier only flows through from top to bottom. Here, the drying zone and the pyrolysis zone forms in the carburetor component, which protrudes into the carburetor tank, the oxidation zone is formed below the open end of the carburetor component followed by the reduction zone above the grate. The local binding of the oxidation zone is effected by the gas flow from top to bottom and by means of a cross-sectional jump between carburetor component and carburetor at the open end of the carburetor component, resulting in different flow velocities. By expanding the cross section, the flow rate is slowed down in contrast to conventional fixed bed gasifiers. Conventional fixed-bed gasifiers have a constriction below the oxidation zone, which increases the flow rate of the gas. Due to the different flow velocities inside and outside the tubular carburetor component, the oxidation zone is virtually fixed in front of the open end of the tubular carburetor component.
Ein weiterer Vorteil der Querschnittserweiterung besteht darin, dass die Pyrolysegase beim Durchströmen der Oxidationszone durch keine Rohrwandung begrenzt sind. An Rohrwandungen herrschen keine gleichmäßigen Strömungsverhältnisse und dadurch auch keine gleichmäßig hohen Temperaturen vor. Strömt Pyrolysegas am Rand einer Rohrwandung durch die Oxidationszone, wie dies im Stand der Technik der Fall ist, werden die langkettigen Kohlenwasserstoffe nicht vollständig aufgebrochen. Durch das nicht vorhanden sein der Rohrwandung, werden zusätzliche langkettige Kohlenwasserstoffverbindungen aufgebrochen, was zu einer Verbesserung der Motorfähigkeit des Produktgases führt. Another advantage of the cross-sectional widening is that the pyrolysis gases are limited by no pipe wall when flowing through the oxidation zone. On pipe walls, there are no uniform flow conditions and therefore no evenly high temperatures. If pyrolysis gas flows through the oxidation zone at the edge of a pipe wall, as is the case in the prior art, the long-chain hydrocarbons are not completely broken up. Due to the absence of the pipe wall, additional long-chain hydrocarbon compounds are broken up, which leads to an improvement in the engine capability of the product gas.
Die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 bis 4 vereinfacht den Aufbau des Gleichstrom-Fettbettvergasers und ermöglicht eine gleichmäßige Luft- sowie Produktgasströmung mit einer temperatur-homogenen Oxidationszone die einen Großteil der langkettigen Kohlenwasserstoffverbindungen aufbricht und somit ein hochwertiges Produktgas erzeugt. The advantageous embodiment of the invention according to claim 2 to 4 simplifies the construction of the DC Fettbettvergasers and allows a uniform air and product gas flow with a temperature-homogeneous oxidation zone a Most of the long-chain hydrocarbon compounds breaks up and thus produces a high quality product gas.
Durch die vorteilhafte Ausgestaltung nach Anspruch 5 wird ein Zusetzen des Rostes verhindert, sowie eine Reduktion der Restagglomeration vorgenommen, was einen Ascheabzug durch den Rost als Partikelbeladung des Produktgases ermöglicht. Due to the advantageous embodiment according to claim 5 clogging of the grate is prevented, as well as a reduction of the residual agglomeration made, which allows an ash discharge through the grate as a particle loading of the product gas.
Gemäß der vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 6 entspricht der Abstand h des offenen Endes des Vergaserbauteils in etwa dem Durchmesser d des Vergaserbauteils. Dieses Optimum wurde empirisch aufgefunden. Wird der Abstand h kleiner als dieses Optimum, verkleinert sich die Reduktionszone, was sich negativ auf die Produktgasqualität auswirkt. Wird der Abstand h größer als dieses Optimum vergrößert sich die Reduktionszone, was sich ebenfalls ungünstig auf die Produktgasqualität auswirkt. Der Gleichstrom-Festbettvergaser funktioniert auch noch bei einem 40%igem Abweichen (h = d ± 40%) von dem Optimum, jedoch verschlechtert sich die Produktgasqualität und -ausbeute. According to the advantageous embodiment of the invention according to claim 6, the distance h of the open end of the carburetor component corresponds approximately to the diameter d of the carburetor component. This optimum was found empirically. If the distance h is smaller than this optimum, the reduction zone decreases, which has a negative effect on the product gas quality. If the distance h is greater than this optimum, the reduction zone increases, which likewise has an unfavorable effect on the product gas quality. The DC fixed-bed gasifier also works at a 40% deviation (h = d ± 40%) from the optimum, but product gas quality and yield deteriorate.
Je kleiner der Innendurchmesser d des Vergaserbauteils im Vergleich zum Innendurchmesser D des Vergaserbehälters ist, desto größer ist der Unterschied der Gasströmungsgeschwindigkeit innerhalb und außerhalb des rohrförmigen Vergaserbauteils. Wird der Geschwindigkeitsunterschied zu groß, reduziert sich die Brennstoff- und Materialeffizienz, wird der Geschwindigkeitsunterschied zu klein, ist die Strömungsgeschwindigkeit außerhalb des Vergaserbauteils zu hoch. Zusätzlich muss der Innendurchmesser d des rohrförmigen Vergaserbauteils so groß sein, dass sich im Vergaserbauteil eine Schüttung der Biomasseteilchen ausbilden kann. Das in Anspruch 7 angegebene empirisch aufgefundene Verhältnisintervall von Innendurchmesser D des Vergaserbehälters zu Innendurchmesser d des Vergaserbauteils ergeben einen funktionsfähigen Gleichstrom-Festbettvergaser. The smaller the inner diameter d of the carburetor component compared to the inner diameter D of the carburetor tank, the greater the difference in the gas flow velocity inside and outside the tubular carburetor component. If the speed difference becomes too large, the fuel and material efficiency will be reduced, if the speed difference becomes too small, the flow velocity outside the carburetor component will be too high. In addition, the inner diameter d of the tubular carburetor component must be so large that a bed of biomass particles can form in the carburetor component. The empirically found ratio interval of inner diameter D of the carburetor tank to inner diameter d of the carburetor component given in claim 7 results in a functional DC fixed-bed carburettor.
Durch die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 10 wird die Biomasseteilchen-Fördereinrichtung als Schleuse zur Zuführung der Biomasseteilchen in das rohrförmige Vergaserbauteil genutzt. Diese Ausgestaltung kann auch unabhängig von der vorliegenden Erfindung in anderen Festbettvergasern genutzt werden. Due to the advantageous embodiment of the invention according to claim 10, the biomass particle conveyor as a lock for supplying the biomass particles in used the tubular carburetor component. This embodiment can also be used independently of the present invention in other fixed bed gasifiers.
Das in dem Gleichstrom-Festbettvergaser erzeugte Produkt- bzw. Holzgas wird vorzugsweise in einem BHKW mit Verbrennungsmotor oder einer Brennstoffzelle zur Bereitstellung von elektrischer und thermischer Energie genutzt. Das in dem Gleichstrom-Festbettvergaser erzeugte Produktgas wird in einer nachgeschalteten Gasaufbereitungseinrichtung gekühlt und gereinigt. In der Gasmischstrecke des Verbrennungsmotors wird dieses gekühlte und gereinigte Produktgas mit im Vergleich zum dem Produktgas aus der Gasaufbereitungseinrichtung kalter Verbrennungsluft vermischt, wodurch eine weitere Abkühlung erfolgt. Diese weitere Abkühlung kann zu unerwünschtem Ausfallen von Feststoffen oder Flüssigkeiten und insbesondere von Teer führen. Durch das Vorsehen eines Kondensat-Abscheiders nach dem Zumischen von Verbrennungsluft zu dem Produktgas bzw. Holzgas, also unmittelbar vor der Verbrennung im Gasmotor werden diese festen und/oder flüssigen Ausfällungen abgeschieden und können somit im Gasmotor keinen Schaden anrichten - Anspruch 11. Diese Ausgestaltung kann auch unabhängig von der vorliegenden Erfindung in anderen Festbettvergasern genutzt werden. The product or wood gas produced in the DC fixed bed gasifier is preferably used in a CHP with an internal combustion engine or a fuel cell to provide electrical and thermal energy. The product gas generated in the DC fixed-bed gasifier is cooled and cleaned in a downstream gas treatment facility. In the gas mixing section of the internal combustion engine, this cooled and purified product gas is mixed with cold combustion air compared to the product gas from the gas processing device, whereby further cooling takes place. This further cooling can lead to unwanted precipitation of solids or liquids and in particular of tar. By providing a condensate separator after the admixing of combustion air to the product gas or wood gas, ie immediately before combustion in the gas engine, these solid and / or liquid precipitates are separated and thus can cause no damage in the gas engine - claim 11. This embodiment can also be used independently of the present invention in other fixed bed gasifiers.
Durch die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 12 wird das Produktgas auf Temperaturen gekühlt, so dass es z. b. in einem BHKW als Treibstoff genutzt werden kann. Due to the advantageous embodiment of the invention according to claim 12, the product gas is cooled to temperatures, so that it is z. b. can be used as fuel in a CHP.
Durch die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 13 wird gewährleistet, dass die Biomasseteilchenschüttung im Vergaserbauteil hoch genug ist, um die durch die Biomasseteilchenschüttung strömende Luftmenge ausreichend und gleichmäßig vor der ersten Reaktionszone über den gesamten Querschnitt zu verteilen. Durch die kontinuierliche Zuführung von Verbrennungsluft über die Biomasseteilchenschüttung und der kontinuierlichen Abfuhr des Produktgases bleiben die verschiedenen Reaktionszonen des Gleichstrom-Festbettvergasers ortsfest und es bilden sich definierte Verhältnisse heraus. Vorteilhaft ist die Verwendung von Biomassepellets als Biomasseteilchen - Anspruch 16. The advantageous embodiment of the invention according to claim 13 ensures that the Biomasszwechenschüttung in the carburetor component is high enough to distribute the amount of air flowing through the Biomasszwechenschüttung sufficiently and evenly before the first reaction zone over the entire cross section. Due to the continuous supply of combustion air via the biomass particle bed and the continuous removal of the product gas, the various reaction zones of the DC fixed-bed gasifier remain stationary and defined conditions are formed. The use of biomass pellets as biomass particles is advantageous. Claim 16.
Durch den Zusatz von Kaolin zu den Biomassepellets bei deren Herstellung erhöht sich der Schmelzpunkt der bei der Biomassevergasung anfallenden Asche, so dass ein Zusetzen des Rostes weniger wahrscheinlich ist bzw. vermieden wird - Anspruch 17. Derartige Pellets können auch unabhängig von der vorliegenden Erfindung in anderen Holzvergasern vorteilhaft eingesetzt werden. The addition of kaolin to the biomass pellets during their production increases the melting point of the ashes obtained in the biomass gasification, so that clogging of the grate is less likely or avoided - claim 17. Such pellets can also independently of the present invention in others Wood gasifiers are used advantageously.
Das Verfahren zum Anfahren eines Gleichstrom-Festbettvergasers nach Anspruch 18 betrifft eine einfache und bevorzugte Art und Weise des Startens des mit Biomasseteilchen befüllten Gleichstrom-Festbettvergasers. Die Zündung der Biomasseteilchen erfolgt in vorteilhafter Weise durch das Einblasen von heißer Luft in den Bereich unter dem offenen Ende des rohrförmigen Vergaserbauteils. Die Temperatur der heißen Luft wird so gewählt, dass die Biomasseteilchen sicher gezündet werden. The method of starting up a DC fixed bed gasifier according to claim 18 relates to a simple and preferred way of starting the biomass particle filled DC fixed bed gasifier. The ignition of the Biomasseteilchen takes place in an advantageous manner by the blowing of hot air in the area under the open end of the tubular Vergaserbauteils. The temperature of the hot air is chosen so that the biomass particles are safely ignited.
Dadurch, dass in dem Verfahren zum Herunterfahren eines Gleichstrom- Festbettvergasers nach Anspruch 19 die Biomassevergasung nach dem Beenden der Biomasseteilchenzufuhr fortgesetzt wird, sinkt der Pegel der Biomasseteilchenschüt- tung in dem rohrförmigen Vergaserbauteil ab und es verbleiben möglichst wenig unverbrauchte Biomasseteilchen. Würde nach dem Beenden der Luftzufuhr ein Großteil unverbrauchter Biomasseteilchen in dem rohrförmigen Vergaserbauteil verbleiben, würden diese Ausgasen und das feuchte Gas würde zum Aufquellen der darüber liegenden Biomasseteilchen führen. Dieses Aufquellen kann dann beim Wiederanfahren zu einer Verstopfung des rohrförmigen Vergaserbauteils führen. By continuing the biomass gasification after the completion of the biomass particle supply in the method for shutting down a DC fixed-bed gasifier according to claim 19, the level of biomass particle discharge in the tubular gasifier component decreases and as few as possible unused biomass particles remain. If a large proportion of unused biomass particles remained in the tubular carburetor component after the end of the air supply, this outgassing and the moist gas would lead to swelling of the overlying biomass particles. This swelling can then lead to a clogging of the tubular carburetor component when restarting.
Die übrigen Unteransprüche beziehen sich auf weiter vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung. The remaining subclaims relate to further advantageous embodiments of the invention.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung vorteilhafter Ausführungsformen anhand der Zeichnung. Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description of advantageous embodiments with reference to the drawing.
Es zeigt Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung mit den wesentlichen Komponenten; It shows Figure 1 is a schematic sectional view of an exemplary embodiment of the invention with the essential components.
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Kombination des Gleichstrom- Festbettvergasers nach Fig. 1 mit Gasaufbereitung und BHKW; und Fig. 2 is a schematic representation of the combination of Gleichstrom- fixed bed gasifier of Figure 1 with gas treatment and CHP. and
Fig. 3 zeigt die Biomasseteilchenschüttung im Vergaser und die verschiedenen Reaktionszonen. Fig. 3 shows the biomass particle bed in the gasifier and the various reaction zones.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung. Der Gleichstrom-Festbettvergaser gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen rohrförmigen Vergaserbehälter 2, dessen Enden mit einem oberen Deckel 4 und einen unteren Deckel 5 verschlossen sind. Ein rohrförmiges Vergaserbauteil 6 mit einem offenen Ende 8 und einem geschlossenen Ende 9 ragt mit dem offenen Ende 8 in den Vergaserbehälter 2 hinein. Das geschlossene Ende 9 des Vergaserbauteils 6 ragt durch den oberen Deckel 4 aus dem Vergaserbehälter 2 heraus. Das offene Ende 8 des Vergaserbauteils 6 kommt in etwa in der Mitte des Vergaserbehälters 2 zu liegen. Im Abstand h unter dem offenen Ende 8 des Vergaserbauteils 6 ist ein drehbeweglicher Rost 10 angeordnet, der durch einen motorischen Antrieb 12, der den unteren Deckel 5 durchsetzt, periodisch bewegt werden kann. In das aus dem Vergaserbehälter 2 herausragende geschlossene Ende 9 des Vergaserbauteils 6 münden eine Zuführung für Biomasseteilchen 14, eine Luftzuführung 16 zur Zuführung von Verbrennungsluft L in den Vergaserbehälter 2 und ein Füllstandssensor 18, mit dem sich der Füllstand von Biomasseteilchen im rohrförmigen Vergaserbauteil 6 ermitteln und überwachen lässt. Im Bereich des offenen Endes 8 des Vergaserbauteils 6 ist eine Zündvorrichtung 20 und ein geschlossener Revisionsschacht 22 vorgesehen, die die Außenwand des Vergaserbehälters 2 durchdringen. Die Zündvorrichtung 20 dient zur Erzeugung von heißer Luft in einem Temperaturbereich zwischen 300°C und 600°C, um beim Anfahren des Gleichstrom-Festbettvergasers die Biomasseteilchen im Bereich des unter dem offenen Ende 8 des Vergaserbauteils, d. h. im Bereich der Oxidationszone zu entzünden. Die Zündvorrichtung 20 umfasst eine Luftdüse 21 für heiße Luft, die den Vergaserbehälter 2 durchsetzt. Durch die Luftdüse 21 aus Keramik werden die Teile der Zündvorrichtung 20, die innerhalb des Vergaserbehälters 2 angeordnet sind von den Teilen außerhalb des Vergaserbehälters 2 thermisch entkoppelt. Über dem Revisionsschacht 22 können bei Stillstand des Reaktors, Wartungsarbeiten, Reinigungsarbeiten im Reaktorbehälterinneren vorgenommen werden. Im Bereich unter dem Rost 10 wird über einen Produktgasabzug 24 Produktgas PG aus dem Vergaserbehälter 2 abgezogen. Die durch den Rost 10 fallende Asche wird durch den Produktgasstrom PG über den Produktgasabzug 24 aus dem Festbettvergaser ausgetragen. Fig. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of the invention. The DC fixed-bed gasifier according to the present invention comprises a tubular carburettor tank 2 whose ends are closed with an upper lid 4 and a lower lid 5. A tubular carburetor component 6 with an open end 8 and a closed end 9 protrudes into the carburetor tank 2 with the open end 8. The closed end 9 of the carburetor component 6 projects through the upper lid 4 out of the carburetor tank 2. The open end 8 of the carburetor 6 comes to lie approximately in the middle of the carburetor tank 2. At a distance h below the open end 8 of the carburetor component 6, a rotatable grate 10 is arranged, which can be moved periodically by a motor drive 12 which passes through the lower lid 5. In the protruding from the carburetor tank 2 closed end 9 of the carburetor 6 open a feed for Biomasseteilchen 14, an air supply 16 for supplying combustion air L in the carburetor tank 2 and a level sensor 18, with which determine the level of biomass particles in the tubular Vergaserbauteil 6 and monitor. In the region of the open end 8 of the carburetor component 6, an ignition device 20 and a closed inspection shaft 22 are provided, which penetrate the outer wall of the carburetor tank 2. The ignition device 20 is used to generate hot air in a temperature range between 300 ° C and 600 ° C to ignite when starting the DC fixed bed gasifier, the biomass particles in the area below the open end 8 of the carburetor, ie in the region of the oxidation zone. The ignition device 20 includes an air nozzle 21 for hot air, which passes through the carburetor tank 2. Through the air nozzle 21 made of ceramic, the parts of the ignition device 20, which are arranged within the carburetor tank 2 are thermally decoupled from the parts outside of the carburetor tank 2. About the inspection shaft 22 can be made at standstill of the reactor, maintenance, cleaning in the reactor tank interior. In the area under the grate 10 product gas PG 24 is withdrawn from the carburetor tank 2 via a product gas take-off. The ash falling through the grate 10 is discharged from the fixed-bed gasifier through the product gas stream PG via the product gas outlet 24.
Sowohl der rohrförmige Vergaserbehälter 2 als auch das rohrförmige Vergaserbauteil 6 weisen einen kreisringförmigen Querschnitt auf und sind konzentrisch zueinander angeordnet. Das rohrförmige Vergaserbauteil 6 weist einen Innendurchmesser d auf, der kleiner ist als der Innendurchmesser D des rohrförmigen Vergaserbehälters 2. Both the tubular carburetor tank 2 and the tubular carburetor component 6 have an annular cross-section and are arranged concentrically to each other. The tubular carburetor component 6 has an inner diameter d which is smaller than the inner diameter D of the tubular carburetor tank 2.
Die Zuführung für Biomasseteilchen 14 ist über ein erstes Schleusenventil 28 mit einer Biomasseteilchenfördereinrichtung 30 in Form eines Schneckenförderers verbunden. Der Schneckenförderer 30 ist gasdicht mit einem Biomasseteilchenvorratsbehälter 32 verbunden der nach außen über ein zweites Schleusenventil 34 gasdicht gegenüber der Umgebung abgeschlossen ist. Durch die unmittelbare gasdichte Verbindung des Biomasseteilchenvorratsbehälters 32 mit dem Schneckenförderer 30 wirken diese beide Komponenten zwischen den beiden Schleusenventilen 28, 34 als Schleuse für die Zuführung von Biomasseteilchen in den Festbettvergaser. The feed for biomass particles 14 is connected via a first lock valve 28 to a biomass particle conveyor 30 in the form of a screw conveyor. The screw conveyor 30 is connected in a gas-tight manner to a biomass particle reservoir 32, which is closed to the outside via a second lock valve 34 in a gastight manner with respect to the surroundings. As a result of the direct, gas-tight connection of the biomass particle storage container 32 with the screw conveyor 30, these two components act as sluice for feeding biomass particles into the fixed-bed gasifier between the two lock valves 28, 34.
Fig. 2 illustriert die Kombination des Festbettvergasers nach Fig. 1 mit einer nachgeschalteten Gasaufbereitungseinrichtung und einem BHKW. Das aus dem Produktgasabzug 24 austretende Produktgas PG wird einer Gasaufbereitungseinrichtung 36 zugeführt. In der Gasaufbereitungseinrichtung 36 wird das Produktgas in einem Wärmetauscher gekühlt und feste und flüssige Verunreinigungen werden soweit möglich abgeschieden. FIG. 2 illustrates the combination of the fixed-bed gasifier according to FIG. 1 with a downstream gas conditioning device and a CHP. The product gas PG leaving the product gas outlet 24 is supplied to a gas treatment device 36. In the gas treatment device 36, the product gas is cooled in a heat exchanger and solid and liquid impurities are separated as far as possible.
Über eine Produktgasleitung 38 wird das gekühlte und aufbereitete Produktgas aus der Produktgasaufbereitungseinrichtung 36 einer Gasmischstrecke 40 eines Gasmotors 42 zugeführt. Die Gasmischstrecke 40 umfasst auch eine Zuführung für Verbrennungsluft 44. Durch die Mischung von vergleichsweise kalter Außenluft und vergleichsweise heißem Produktgas aus der Produktgasaufbereitungseinrichtung 36 in einer Mischgasleitung 46 wird das entstehende Gasgemisch weiter gekühlt, so dass weiter flüssige Verunreinigungen ausfallen können. Diese flüssigen Verunreinigungen setzen sich in einem Kondensat-Abscheider 48 am Ende der Mischgasleitung 46 unmittelbar vor Zuführung des Gasgemisches zu dem Gasmotor 42 ab und können ausgeschleust werden. Hierdurch erhöht sich die Mischgasqualität und schädliche Verunreinigungen im Gasmotor werden vermieden. The cooled and treated product gas from the product gas treatment device 36 is fed to a gas mixing section 40 of a gas engine 42 via a product gas line 38. The gas mixing section 40 also includes a supply of combustion air 44. By the mixture of relatively cold outside air and comparatively hot product gas from the product gas processing device 36 in a mixed gas line 46, the resulting gas mixture is further cooled, so that further liquid impurities can fail. These liquid impurities settle in a condensate separator 48 at the end of the mixed gas line 46 immediately before feeding the gas mixture to the gas engine 42 and can be discharged. This increases the quality of the mixed gas and prevents harmful impurities in the gas engine.
Fig. 3 zeigt den Gleichstrom-Festbettvergaser im stationären Betriebszustand mit der Biomasseteilchenschüttung 50 im Vergaserbehälter 2 und im Vergaserbauteil 6 und die Lage der verschiedenen Reaktionszonen. Unmittelbar unter dem offenen Ende 8 des Vergaserbauteils 6 bildet sich die Oxidationszone OZ aus. Unter der Oxidationszone OZ liegt die Reduktionszone RZ, die sich bis zum Rost 10 erstreckt. Über der Oxidationszone OZ erstreckt sich die Pyrolysezone PZ und den Abschluss bildet die Trocknungszone TZ. FIG. 3 shows the DC fixed-bed gasifier in the stationary operating state with the biomass particle bed 50 in the carburettor tank 2 and in the carburetor component 6 and the position of the various reaction zones. Immediately below the open end 8 of the carburetor component 6, the oxidation zone OZ is formed. Under the oxidation zone OZ is the reduction zone RZ, which extends to the grate 10. The pyrolysis zone PZ extends over the oxidation zone OZ and the completion zone forms the drying zone TZ.
Zum Anfahren des Gleichstrom-Festbettvergasers wird der Vergaserbehälter 2 über die Zuführung 14 zunächst bis zu einem Sollpegel SP mit Biomasseteilchen gefüllt, so dass sich die Biomasseschüttung 50 ergibt. Durch das Einblasen heißer Luft mittels der Zündvorrichtung 20 werden die Biomasseteilchen unmittelbar unter dem offenen Ende 8 des Vergaserbauteils 6 entzündet, so dass sich die Oxidationszone OZ ausbilden kann. Sobald die Verbrennung der Biomasseteilchen in der Oxidationszone OZ selbsterhaltend ist, wird die Zündvorrichtung 20 abgeschaltet und bereits zuvor wird nunmehr Verbrennungsluft L über die Luftzuführung 16 zugeführt. Durch die in der Oxidationszone OZ frei werdende Verbrennungswärme bilden sich nach und nach die übrigen Reaktionszonen aus. Der Produktgasstrom aus dem Produktgasabzug 24 wird der Gasaufbereitungseinrichtung 36 zugeführt. In der Gasaufbereitungseinrichtung 36 wird die Produktgasqualität überwacht. Während des Anfahrens wird der Produktgasstrom aus dem Produktgasabzug 24 aufgrund seiner schlechten Qualität in einer Abgasfackel (nicht dargestellt) abgefackelt. Sobald sich eine ausreichende Produktgasqualität eingestellt hat, wird das Produktgas in der Gasaufbereitungseinrichtung 36 gekühlt und soweit wie möglich von festen und flüssigen Verunreinigungen befreit. Während des stationären Betriebs wird der Sollpegel SP der Biomasseteilchen in dem Vergaserbauteil durch den Füllstandsensor 18 überwacht und falls nötig werden über die Biomasseteilchenförder- einrichtung 30, über das erste Schleusenventil 28 und die Zuführung 14 Biomasseteilchen nachgefüllt. To start up the DC fixed bed gasifier, the carburetor tank 2 is initially filled via the feed 14 to a desired level SP with biomass particles, so that the biomass bed 50 results. By injecting hot air by means of the ignition device 20, the biomass particles are ignited immediately below the open end 8 of the carburetor component 6, so that the oxidation zone OZ can form. As soon as the combustion of the biomass particles in the oxidation zone OZ is self-sustaining, the ignition device 20 is switched off and already now combustion air L is supplied via the air supply 16. As a result of the heat of combustion released in the oxidation zone OZ, the remaining reaction zones gradually form. The product gas stream from the product gas vent 24 is supplied to the gas treatment device 36. In the gas treatment device 36, the product gas quality is monitored. During startup, the product gas stream from the product gas vent 24 is flared due to its poor quality in an exhaust flare (not shown). Once sufficient product gas quality has been established, the product gas in the gas processor 36 is cooled and as far as possible freed of solid and liquid contaminants. During steady-state operation, the target level SP of the biomass particles in the gasifier component is monitored by the level sensor 18 and, if necessary, monitored via the biomass particle feeders. means 30, via the first gate valve 28 and the feed 14 biomass particles refilled.
Beim Herunterfahren des Festbettvergasers wird zunächst die Zufuhr von Biomasseteilchen beendet, so dass der Pegel der Biomasseteilchen im Vergaserbauteil 6 unter den Sollpegel SP absinkt. Würde nach dem Beenden der Luftzufuhr ein Großteil unverbrauchter Biomasseteilchen in dem rohrförmigen Vergaserbauteil verbleiben, würden diese Ausgasen und das feuchte Gas würde zum Aufquellen der darüber liegenden Biomasseteilchen führen. Dieses Aufquellen kann dann beim Wiederanfahren zu einer Verstopfung des rohrförmigen Vergaserbauteils führen. Ist ein minimaler Biomasseteilchen-Pegel MP erreicht, werden die Luftzufuhr und die Gasproduktion beendet. Dieser minimale Pegel MP entspricht in etwa der Obergrenze der Pyrolysezone PZ im stationären Betriebszustand. Auf diese Weise verbleiben möglichst wenig unverbrauchte Biomasseteilchen im Vergaserbehälter 2 und im Vergaserbauteil 6. When shutting down the fixed bed gasifier, the supply of biomass particles is first stopped so that the level of the biomass particles in the gasifier component 6 drops below the desired level SP. If a large proportion of unused biomass particles remained in the tubular carburetor component after the end of the air supply, this outgassing and the moist gas would lead to swelling of the overlying biomass particles. This swelling can then lead to a clogging of the tubular carburetor component when restarting. When a minimum biomass particle level MP is reached, the air supply and the gas production are stopped. This minimum level MP corresponds approximately to the upper limit of the pyrolysis zone PZ in the stationary operating state. In this way, as little unconsumed biomass particles remain in the carburettor tank 2 and in the carburetor component 6.
Besonders geeignet für den Festbettvergaser gemäß der vorliegenden Erfindung sind Holzpellets oder Biomassepellets. Den Biomassepellets wird bei der Herstellung Kaolin zugesetzt wird, so dass die fertigen Pellets einen Kaolinanteil von 1 Ma% bis 5 Ma% und vorzugsweise von 1 ,5 Ma% bis 3 Ma% enthalten. Durch den Kaolinzusatz erhöht sich der Schmelzpunkt der bei der Biomassevergasung anfallenden Asche, so dass ein Zusetzen des Rostes 0 oder eine unerwünschte Anlagerung der Asche an sonstigen Komponenten des Festbettvergasers weniger wahrscheinlich ist bzw. vermieden wird. Particularly suitable for the fixed bed gasifier according to the present invention are wood pellets or biomass pellets. Kaolin is added to the biomass pellets during production, so that the finished pellets contain a kaolin content of 1 mass% to 5 mass% and preferably of 1.5 mass% to 3 mass%. The addition of kaolin increases the melting point of the ashes obtained in the biomass gasification, so that clogging of the grate 0 or undesired attachment of the ash to other components of the fixed bed gasifier is less likely or avoided.
Bezugszeichenliste: LIST OF REFERENCE NUMBERS
L Luft  L air
PG Produktgas  PG product gas
SP Biomasseteilchen-Sollpegel  SP Biomass particle target level
MP minimaler Biomasseteilchen-Pegel beim Herunterfahren  MP minimal biomass particle level at shutdown
d Innendurchmesser Vergaserbauteil 6 d Inner diameter of carburettor component 6
D Innendurchmesser Vergaserbehälter 2 TZ Trockenzone D Inner diameter carburettor tank 2 TZ drying zone
PZ Pyrolysezone  PZ pyrolysis zone
OZ Oxidationszone  OZ oxidation zone
RZ Reduktionszone  RZ reduction zone
2 Vergaserbehälter 2 carburettor tanks
4 oberer Deckel  4 upper lid
5 unterer Deckel  5 lower lid
6 Vergaserbauteil  6 carburettor component
8 offenes Ende von 6  8 open end of 6
9 geschlossenes Ende von 6  9 closed end of 6
10 Rost  10 rust
12 motorischer Rostantrieb  12 motor rust drive
14 Zuführung für Biomasseteilchen  14 Feed for biomass particles
16 Luftzuführung  16 air supply
18 Füllstandsensor  18 level sensor
20 Zündvorrichtung  20 ignition device
21 Luftdüse aus Keramik  21 Ceramic air nozzle
22 Revisionsschacht  22 inspection shaft
24 Produktgasabzug 24 product gas vent
28 erstes Schleusenventil  28 first lock valve
30 Biomasseteilchenfördereinrichtung, Schneckenförderer 30 biomass particle conveyor, screw conveyor
32 Biomasseteilchenvorratsbehälter 32 biomass particle storage tanks
34 zweites Schleusenventil  34 second lock valve
36 Gasaufbereitungseinrichtung  36 gas conditioning device
38 Produktgasleitung  38 product gas line
40 Gasmischstrecke  40 gas mixing section
42 Gasmotor 42 gas engine
4 Verbrennungsluftzufuhr  4 combustion air supply
46 Mischgasleitung 46 mixed gas line
8 Kondensat-Abscheider  8 condensate separators
50 Biomasseteilchenschüttung  50 biomass particle bed

Claims

Ansprüche . Gleichstrom-Festbettvergaser zum Erzeugen eines Produktgases aus schüttbaren Biomasseteilchen (50) mit  Claims . DC fixed-bed gasifier for producing a product gas from pourable biomass particles (50) with
einem Vergaserbehälter (2),  a carburettor tank (2),
einer Zuführung (14) für die Biomasseteilchen im oberen Bereich des Vergaserbehälters (2),  a feed (14) for the biomass particles in the upper region of the carburetor tank (2),
einem im unteren Bereich des Vergaserbehälters (2) angeordnetem Rost (10) zur Abstützung der Biomasseteilchen (50),  a grate (10) arranged in the lower region of the carburetor tank (2) for supporting the biomass particles (50),
einer Luftzuführung (16) zur Zuführung von Verbrennungsluft in den Vergaserbehälter (2), und  an air supply (16) for supplying combustion air into the carburettor tank (2), and
einem aus dem Vergaserbehälter (2) aus dem Bereich unter dem Rost (10) herausführenden Produktgasabzug (24) zum Abführen des Produktgases aus dem Vergaserbehälter, dadurch gekennzeichnet,  a product gas outlet (24) leading out of the carburettor tank (2) out of the area below the grate (10) for discharging the product gas from the carburettor tank, characterized
dass ein rohrförmiges Vergaserbauteil (6) in den Vergaserbehälter (2) hineinragt, dass das rohrförmige Vergaserbauteil (6) ein offenes Ende (8) aufweist, das im Vergaserbehälter (2) angeordnet ist,  in that a tubular carburettor component (6) projects into the carburettor tank (2), in that the tubular carburettor component (6) has an open end (8) which is arranged in the carburettor tank (2),
dass das rohrförmige Vergaserbauteil (6) ein geschlossenes Ende (9) aufweist, das aus dem Vergaserbehälter (2) herausragt oder mit der Oberseite des Vergaserbehälters (6) abschließt,  the tubular carburettor component (6) has a closed end (9) which protrudes from the carburettor tank (2) or terminates with the upper side of the carburettor tank (6),
dass der Innendurchmesser (d) des rohrförmigen Vergaserbauteils (6) kleiner als der Innendurchmesser (D) des Vergaserbehälters (2) ist,  the inner diameter (d) of the tubular carburettor component (6) is smaller than the inner diameter (D) of the carburetor tank (2),
dass das rohrförmige Vergaserbauteil (6) so im Vergaserbehälter (2) angeordnet ist, dass zwischen dem offenen Ende (8) des rohrförmigen Vergaserbauteils (6) und dem Rost (10) ein Abstand (h) verbleibt,  the tubular carburettor component (6) is arranged in the carburetor tank (2) such that a distance (h) remains between the open end (8) of the tubular carburettor component (6) and the grate (10),
dass die Zuführung (14) für die Biomasseteilchen in das geschlossenen Ende (9) des rohrförmigen Vergaserbauteils (6) mündet, und  that the feed (14) for the biomass particles opens into the closed end (9) of the tubular carburettor component (6), and
dass die Luftzuführung (16) in das geschlossene Ende (9) des rohrförmigen Vergaserbauteils (6) mündet.  in that the air feed (16) opens into the closed end (9) of the tubular carburettor component (6).
2. Gleichstrom-Festbettvergaser nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Vergaserbehälter (2) und/oder das rohrförmige Vergaserbauteil (6) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. 2. DC fixed bed gasifier according to claim 1, characterized in that the carburetor tank (2) and / or the tubular carburetor component (6) has a circular cross-section.
3. Gleichstrom-Festbettvergaser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Vergaserbauteil (6) mit kreisförmigem Querschnitt koaxial zu dem Vergaserbehälter (2) mit kreisförmigem Querschnitt angeordnet ist. 3. DC fixed bed gasifier according to claim 2, characterized in that the tubular Vergaserbauteil (6) is arranged with a circular cross section coaxial with the carburetor tank (2) with a circular cross section.
4. Gleichstrom-Festbettvergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Vergaserbauteil (6) und/oder der Vergaserbehälter (2) einen konstanten Durchmesser aufweisen. 4. DC fixed bed gasifier according to one of the preceding claims 2 or 3, characterized in that the tubular Vergaserbauteil (6) and / or the carburetor tank (2) have a constant diameter.
5. Gleichstrom-Festbettvergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 5. DC fixed-bed gasifier according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass der Rost (10) beweglich und insbesondere drehbeweglich ausgebildet ist.  characterized in that the grate (10) is designed to be movable and in particular rotatable.
6. Festbettvergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Abstand (h) zwischen dem offenen Ende (8) des rohrförmi- gen Vergaserbauteils (6) und dem Rost ( 0) und dem Innendurchmesser (d) des rohrförmigen Vergaserbauteils (6) folgender Zusammenhang gilt: h = d ± 10%. 6. fixed bed gasifier according to one of the preceding claims, characterized in that for the distance (h) between the open end (8) of the rohrförmi- gen Vergaserbauteils (6) and the grate (0) and the inner diameter (d) of the tubular Vergaserbauteils ( 6) the following relationship applies: h = d ± 10%.
7. Gleichstrom-Festbettvergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 7. DC fixed-bed gasifier according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser (d) des rohrförmigen Vergaserbauteils 80% bis 50% des Innendurchmesser (D) des Vergaserbehälters beträgt.  characterized in that the inner diameter (d) of the tubular carburetor component is 80% to 50% of the inner diameter (D) of the carburetor tank.
8. Gleichstrom-Festbettvergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 8. DC fixed-bed gasifier according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass den Vergaserbehälter (2) im Bereich des offenen Endes (8) des rohrförmigen Vergaserbauteils (6) eine Zündvorrichtung (20) durchsetzt.  characterized in that the carburetor tank (2) in the region of the open end (8) of the tubular carburetor component (6) passes through an ignition device (20).
9. Gleichstrom-Festbettvergaser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündvorrichtung (20) eine Einspritzeinrichtung für heiße Luft umfasst. 9. DC fixed bed gasifier according to claim 8, characterized in that the ignition device (20) comprises a hot air injection device.
10. Gleichstrom-Festbettvergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Biomasseteilchenspeicher (32), der mit einer Biomasseteilchen-Fördereinrichtung (30) gekoppelt ist, wobei die Biomasseteilchen- Fördereinrichtung (30) über ein gasdichtes Sperrmittel (28) mit der Zuführung (14) für Biomasseteilchen verbunden ist, und wobei der Biomasseteilchenspeicher (32) eine gasdichte Beladöffnung (34) umfasst. 10. DC fixed bed gasifier according to one of the preceding claims, characterized by a Biomasseteilchenspeicher (32) which is coupled to a biomass particle conveyor (30), wherein the biomass particle conveyor (30) via a gas-tight locking means (28) with the feed ( 14) for biomass particles, and wherein the biomass particle store (32) comprises a gas-tight loading opening (34).
1 1 . Gleichstrom-Festbettvergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 1 1. DC fixed-bed gasifier according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass dem Produktgasabzug (24) eine Gasaufbereitungseinrichtung (36) nachgeschaltet ist, dass die Gasaufbereitungseinrichtung (36) über eine Produktgasleitung (38) mit einer Gasmischstrecke (40) eines Verbrennungsmotors (42) verbunden ist, dass die Gasmischstrecke (40) eine Verbrennungsluftzufuhr (44) umfasst, und das in einer Mischgasleitung (46) für Verbrennungsluft (L) und Produktgas (PG) ein Kondensat-Abscheider (48) angeordnet ist.  characterized in that a gas treatment device (36) is connected downstream of the product gas outlet (24), that the gas treatment device (36) via a product gas line (38) with a gas mixing section (40) of an internal combustion engine (42) is connected, that the gas mixing section (40) Combustion air supply (44), and in a mixed gas line (46) for combustion air (L) and product gas (PG) a condensate separator (48) is arranged.
12. Gleichstrom-Festbettvergaser nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gasaufbereitungseinrichtung (36) zur Kühlung des Produktgases (PG) einen Wärmetauscher umfasst. 12. DC fixed bed gasifier according to claim 1 1, characterized in that the gas conditioning device (36) for cooling the product gas (PG) comprises a heat exchanger.
13. Gleichstrom-Festbettvergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 13. DC fixed-bed gasifier according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die die Biomasseteilchen-Fördereinrichtung (30) ansteuert und einen Füllstandsensor (18) zum Erfassen des Füllstands (SP) der Biomasseteilchen (50) in dem rohrförmigen Vergaserbauteil (6) aufweist.  characterized in that a control device is provided, which controls the biomass particle conveyor (30) and a level sensor (18) for detecting the filling level (SP) of the biomass particles (50) in the tubular carburetor component (6).
14. Verfahren zum Betreiben eines Gleichstrom-Festbettvergasers nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit den Verfahrensschritten: 14. A method for operating a DC fixed bed gasifier according to one of the preceding claims with the method steps:
- Einstellen und Aufrechterhalten eines bestimmten Füllstandes (SP) an Biomasseteilchen in dem rohrförmigen Vergaserbauteil (6),  Setting and maintaining a certain level (SP) of biomass particles in the tubular carburetor component (6),
- kontinuierliche Zuführung von Luft (L) über die Luftzuführung (16), und  - Continuous supply of air (L) via the air supply (16), and
- kontinuierliche Abnahme von Produktgas (PG) über den Produktgasabzug (24).  - Continuous decrease of product gas (PG) via the product gas vent (24).
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Rost (10) in zeitlichen Abständen bewegt wird. 15. The method according to claim 14, characterized in that the grate (10) is moved at intervals.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass Biomassepellets als Biomasseteilchen eingesetzt werden. 16. The method according to claim 14 or 15, characterized in that biomass pellets are used as biomass particles.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasseteilchen einen Kaolinanteil von 1 Ma% bis 5 Ma% und vorzugsweise von 1 ,5 Ma% bis 3 Ma% enthalten. 8. Verfahren zum Anfahren eines Gleichstrom-Festbettvergasers nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13 mit den Verfahrensschritten: 17. The method according to claim 16, characterized in that the biomass particles contain a kaolin content of 1 Ma% to 5 Ma% and preferably from 1, 5 Ma% to 3 Ma%. 8. A method for starting up a DC fixed bed gasifier according to one of the preceding claims 1 to 13 with the method steps:
- Befüllen des Vergaserbauteils (6) mit Biomasseteilchen bis zu einer vorbestimmten Höhe (SP); und  - filling the carburetor component (6) with biomass particles up to a predetermined height (SP); and
-Entzündung der Biomasseteilchen durch Einblasen von heißer Luft mit einer Temperatur größer 300°C in den Bereich der Biomasseteilchenschüttung (50) unter dem offenen Ende (8) des rohrförmigen Vergaserbauteils (6).  Ignition of the biomass particles by blowing hot air with a temperature greater than 300 ° C in the area of biomass particle bed (50) under the open end (8) of the tubular carburetor component (6).
19. Verfahren zum Herunterfahren eines Gleichstrom-Festbettvergasers nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13 mit den Verfahrensschritten: 19. A method for shutting down a DC fixed bed gasifier according to one of the preceding claims 1 to 13 with the method steps:
- Beenden der Zufuhr von Biomasseteilchen,  Stopping the supply of biomass particles,
- Fortsetzen der Zufuhr von Verbrennungsluft (L) für eine vorbestimmte Zeitdauer oder bis der Füllstand von Biomasseteilchen auf einen festgelegten minimalen Stand abgesunken ist, und  - Continuing the supply of combustion air (L) for a predetermined period of time or until the level of biomass particles has dropped to a predetermined minimum level, and
- Beenden der Zufuhr von Verbrennungsluft (L).  - Stop the supply of combustion air (L).
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