FI122618B - Menetelmä ja laitteisto kiinteän polttoaineen kaasuttamiseksi - Google Patents

Description

Menetelmä ja laitteisto kiinteän polttoaineen kaasuttamiseksi

Keksinnön kohteena on menetelmä kiinteän polttoaineen, kuten puuhakkeen, kaasuttamiseksi myötävirtakaasuttimella, jossa on polttoainesiilo, tulipesä sekä neste-kanava jäähdytysnesteen, kuten veden, kierrättämistä varten. Keksinnön kohteena 5 on myös menetelmässä käytettävä laitteisto.

Kiinteistä polttoaineista, kuten puuhakkeesta, voidaan valmistaa palavaa tuote-kaasua myötävirtakaasuttimen avulla. Myötävirtakaasuttimessa on polttoainesiilo ja sen alapuolella tulipesä. Polttoaine syötetään yläkautta polttoainesiilon yläosaan, josta se valuu painovoiman vaikutuksesta alaspäin tulipesään, jossa tapah-10 tuu polttoaineen kaasuuntuminen. Kaasutuksessa tarvittava palamisilma syötetään kaasuttimen keskiosaan ja syntyvä tuotekaasu poistuu reaktorin alaosasta.

Monissa myötävirtakaasuttimissa tulipesässä syntyvää lämpöä käytetään kaasut-timeen johdettavan palamisilman lämmittämiseen sekä polttoainesiilossa olevan polttoaineen, kuten hakkeen, kuivattamiseen. Tällaisissa kaasuttimissa polttoai-15 neen pyrolyysi tapahtuu osittain jo polttoainesiilossa. Näiden kaasuttimien heikkoutena on pyrolyysireaktion olosuhteiden hankala hallinta, minkä vuoksi tuote-kaasuun syntyy helposti epäpuhtauksia. Tunnetaan myös myötävirtakaasuttimia, joissa pyrolyysireaktiosta pyritään tekemään ajallisesti mahdollisimman lyhyt. Näissä kaasuttimissa polttoaineen lämpeneminen ja kuivuminen polttoainesiilossa 20 pyritään aktiivisesti estämään, jotta pyrolyysi tapahtuisi mahdollisimman lähellä tulipesää tai vasta tulipesässä.

Viitejulkaisussa WO 2008/145814 A1 on esitetty myötävirtakaasutin, jossa on polttoainesiilo ja sen alapuolella tulipesä. Polttoainesiilon ja tulipesän välissä on ren-^ gasmainen ilmakanava, jonka kautta palamisilma johdetaan sisään tulipesään.

O

^ 25 Ilmakanavan tehtävänä on rajoittaa lämmön siirtymistä tulipesästä polttoainesii- ™ loon. Ilmakanavassa voidaan kierrättää ilman lisäksi tai sen sijaan myös jotain gj muuta jäähdyttävää väliainetta, kuten vettä.

X

Viitejulkaisussa US 1524466 on esitetty polttoaineen syöttölaite, jota voidaan käyt-g tää kaasuttimissa ja tulipesissä. Syöttölaite käsittää kolme rengasmaista osaa, g 30 jotka sovitetaan päällekkäin. Alimmassa rengasmaisessa osassa on jäähdytys-o kanava, jossa voidaan kierrättää jäähdytysvettä.

Viitejulkaisuissa WO 2008/145814 A1 ja US 1524466 kuvatuissa ratkaisuissa jäähdytysnesteen kierrätyksen tarkoituksena on ainoastaan estää lämmön siirtyminen tulipesästä polttoainesiiloon.

2

Tunnetun tekniikan mukaisiin nestejäähdytteisiin myötävirtakaasuttimiin liittyy useita epäkohtia. Polttoaine palaa tulipesässä korkeassa lämpötilassa, mistä johtuen kaasuttimen tulipesän ulkopinnan lämpötila on korkea. Tulipesän korkea lämpötila aiheuttaa helposti tulipalon vaaran. Polttoainesiilon ja tulipesän välissä olevalla 5 jäähdytysnesteen kierrolla ei voida ratkaista tulipesän ulkopinnan kuumenemison-gelmaa.

Polttoaineen palamisessa tulipesään syntyy tuhkaa, joka on aika ajoin poistettava. Tuhkan poistamista varten tulipesä on varustettava avattavalla tuhkanpoistoluukul-la, joka edelleen heikentää kaasuttimen paloturvallisuutta. Tuhkanpoiston ajaksi 10 tulipesän tuli on sammutettava, jolloin kaasuntuotto keskeytyy.

Keksinnön tavoitteena on tuoda esiin parannettu menetelmä ja laitteisto biopolttoaineen kaasuttamiseksi, joilla voidaan poistaa tunnettuun tekniikkaan liittyviä haittoja ja epäkohtia.

Keksinnön mukaiset tavoitteet saavutetaan menetelmällä ja laitteistolla, joille on 15 tunnusomaista, mitä on esitetty itsenäisissä patenttivaatimuksissa. Keksinnön eräitä edullisia suoritusmuotoja on esitetty epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa.

Keksinnön kohteena on menetelmä kiinteän polttopolttoaineen, kuten puuhakkeen, kaasuttamista varten. Kaasutus tapahtuu myötävirtakaasuttimella, jossa on poltto-ainesiilo, tulipesä sekä nestekanava jäähdytysnesteen kierrättämistä varten. Polt-20 toaine annostellaan polttoainesiiloon, josta se valuu tulipesään, jossa tapahtuu polttoaineen pyrolyysi ja kaasuuntuminen, Nestekanavassa kierrätettävänä jäähdytysnesteenä voidaan käyttää tavallista vettä. Kierrätettävän jäähdytysnesteen tarkoituksena on vähentää lämmön siirtymistä tulipesästä polttoainesiiloon ja estää näin polttoaineen lämpeneminen ja kuivuminen polttoainesiilossa. Menetelmässä

O

25 jäähdytysneste johdetaan nestekanavasta tulipesän pohjalle ja tulipesän pohjalta ^ edelleen ulos tulipesästä. Tulipesän pohjalla on siten kaasutuksen aikana jatku- g] vasti kerros jäähdytysnestettä, johon palamisessa syntyvä tuhka ja hiilipartikkelit x sekoittuvat. Edullisesti jäähdytysneste johdetaan tulipesästä takaisin nestekana- vaan ts. jäähdytyksessä käytetään samaa kierrätettävää jäähdytysnestettä.

CO

o g 30 Keksinnön mukaisen menetelmän eräässä edullisessa suoritusmuodossa kaasu-o tuksessa syntyvä tuotekaasu johdetaan ulos tulipesästä jäähdytysnesteen virtaus- putkea pitkin ja tuotekaasusta poistetaan epäpuhtaudet tuotekaasun pesurissa.

Keksinnön mukaisen menetelmän eräässä toisessa edullisessa suoritusmuodossa kaasutuksessa syntyvä tuhka ja hiilipartikkelit johdetaan ulos tulipesästä jäähdy- 3 tysnesteen mukana virtausputkea pitkin. Edullisesti jäähdytysnesteestä poistetaan tuhkaa ja hiiltä tuotekaasun pesurissa.

Keksinnön mukaisen menetelmän eräässä kolmannessa edullisessa suoritusmuodossa kierrätettävän jäähdytysnesteen lämpötilaa alennetaan lauhduttimella. 5 Lauhdutuksen jälkeen neste ohjataan myötävirtakaasuttimen nestekanavaan.

Keksinnön kohteena olevassa laitteistossa biopolttoaineen kaasuttamista varten on myötävirtakaasutin, joka käsittää polttoainesiilon, tulipesän sekä nestekanavan jäähdytysnesteen, kuten veden, kierrättämistä varten. Laitteistoon kuuluva myötävirtakaasutin käsittää lisäksi nestekanavasta tulipesän pohjalle johtavan ensim-10 mäisen virtausputken ja tulipesästä ulos johtavan toisen virtausputken.

Keksinnön mukaisen laitteiston eräässä edullisessa suoritusmuodossa nestekana-va on ainakin osittain polttoainesiilon ja tulipesän välissä, jolloin nestekanavassa kierrätettävällä jäähdytysnesteellä voidaan tehokkaasti vähentää lämmön siirtymistä tulipesästä polttoainesiiloon. Edullisesti myötävirtakaasuttimessa on polttoai-15 nesiilosta tulipesään johtava reikä, jonka kautta polttoaine valuu polttoainesiilosta tulipesään ja nestekanava on mainittua reikää ympäröivä rengasmainen kanava-osa.

Keksinnön mukaisen laitteiston eräs toinen edullinen suoritusmuoto käsittää lisäksi pumpun ja virtausputkia jäähdytysnesteen johtamiseksi tulipesästä takaisin neste-20 kanavaan.

Keksinnön mukaisen laitteiston eräs kolmas edullinen suoritusmuoto käsittää lisäksi tuotekaasun pesurin, joka pesuri on liitetty tulipesästä ulos johtavan toisen virtausputken päähän. Edullisesti tuotekaasun pesurissa on puhdistuskerros tuo-° tekaasun puhdistamista varten ja tuotekaasuputki puhdistetun tuotekaasun ulos cm 25 johtamista varten ja laitteistossa on välineet jäähdytysnesteen johtamiseksi puh- o) distuskerroksen päälle.

CM

| Keksinnön mukaisen laitteiston eräs neljäs edullinen suoritusmuoto käsittää lisäksi co hiilen erottimen jäähdytysnesteessä olevien tuhka- ja hiilipartikkelien poistamista o £ varten ja lauhduttimen kierrätettävän jäähdytysnesteen lämpötilan alentamista var- ° 30 ten.

o

CM

Keksinnön etuna on, että sen avulla myötävirtakaasuttimen tulipesän ulkopinnan lämpötila pysyy erittäin alhaisena mikä vähentää tulipalon syttymisen varaa.

4

Keksinnön erään suoritusmuodon etuna on, että tulipesän jäähdytyksessä jäähdytysnestettä käytetään myös tulipesässä syntyvän tuhkan poistoon. Tuhka poistuu tulipesästä jäähdytysnesteen mukana paloturvallisesti. Tulipesän tulta ei tarvitse sammuttaa tuhkanpoiston ajaksi, vaan tuhkaa poistuu tulipesästä jatkuvasti kaa-5 suttimen käytön aikana.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti. Selostuksessa viitataan oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1a esittää esimerkinomaisesti erästä keksinnön mukaista myötävirtakaasu-tinta pystysuuntaisena poikkileikkauskuvana, 10 kuva 1b esittää kuvan 1a myötävirtakaasutinta vaakasuuntaisena poikkileikkauskuvana leikkaustasosta A-A ja kuva 1c esittää kuvan 1a myötävirtakaasutinta vaakasuuntaisena poikkileikkauskuvana leikkaustasosta B-B.

Kuvassa 1a on esitetty esimerkinomaisesti eräs keksinnön mukainen myötävirta-15 kaasutin ja siihen yhteydessä oleva jäähdytysnesteen kierrätyslaitteisto pystysuuntaisena poikkileikkauskuvana. Kuvassa 1b on esitetty kuvan 1a myötävirtakaasut-timen vaakasuuntainen poikkileikkauskuva leikkaustasosta A-A ja kuvassa 1c leikkaustasosta B-B. Myötävirtakaasutin on käyttötilanteessa kuvan 1a mukaisessa pystyasennossa. Jatkossa kuvien selostuksissa käytettävillä suuntaa kuvaavilla 20 ilmauksilla, kuten ylöspäin, alaspäin, yläpuolella, alapuolella, yläpinnalla tai alapinnalla, tarkoitetaan suuntia silloin, kun kaasutin on kuvan 1a esittämässä asennossa. Jos kaasutin on jossain muussa kuin kuvan mukaisessa asennossa, suuntaa kuvaavat ilmaukset muuttuvat vastaavasti, o C\] ^ Kaasuttimessa on lieriömäinen ulkokuori 10, jonka ylöspäin osoittavassa päässä T 25 on ilmatiivis, avattava kansi 12. Ulkokuoren sisällä on kaksi olennaisesti yhdenee ^ suuntaista, etäisyyden päässä toisistaan olevaa välipohjaa, ylempi välipohja 16a ja | alempi välipohja 16b, jotka rajaavat väliinsä jäähdytystilan 80. Kaasuttimen aikoen kuori muodostaa jäähdytystilan ulkoseinämän. Jäähdytystilan alapuolinen osa o £ muodostaa myötävirtakaasuttimen kaasutusosan 20, jossa tapahtuu varsinainen ? 30 polttoaineen kaasuuntuminen. Ulkokuoren sisällä jäähdytystilan 80 yläpuolella on ^ lieriömäinen, molemmista päistä avoin polttoainesiilo 14, johon kaasutettava polt toaine annostellaan avattavan kannen 12 kautta.

5

Kaasutusosan sisällä on tulipesä 32, jossa on sisävaipan 34, keskivaipan 36 ja ulkovaipan 38 käsittävä kolmikerroksinen seinämärakenne. Tulipesän sisimmän seinämäpinnan muodostava sisävaippa on lieriömäinen osa, jonka yläreuna on ylemmän 16a välipohjan tasossa ja joka ulottuu ylemmän välipohjan, jakolevyn 5 16c ja alemman välipohjan 16b läpi johtavien samankeskisten reikien 30 läpi lähel le tulipesän pohjaa. Sisävaippa on kiinnitetty välipohjien ja jakolevyn reikien reunoihin hitsikiinnityksillä, jolloin se muodostaa samalla ilmakanavan 18 ja neste-kanavan 19 yhden seinämän. Sisävaipan alareunan tasossa on pyöreä arina 40, joka on tuettu reunastaan sisävaipan alareunaan. Sisävaipan sisäpinnassa, hie-10 man alemman välipohjan 16b korkeustason alapuolella, on vaakasuuntainen tuli-rengas 50, joka muodostaa tulipesän yläosaan sen poikkileikkausta pienentävän kavennuksen. Tulirengas on tuettu paikoilleen lämpöliikkumisen mahdollistavalla tavalla kiinnittämällä sisävaipan sisäseinämään alempi tukirengas ja sen päälle ylempi tukirengas ja sovittamalla tulirengas tukirenkaiden väliin jäävään rakoon.

15 Sisävaipan ympärillä on keskivaippa 36, joka muodostaa suljetun seinämäpinnan sisävaipan lieriömäisen sivuseinämän ulkopuolelle ja arinan 40 alapuolelle. Keskivaippa kaartuu yläreunastaan sisäänpäin ja yhdistyy sisävaippaan hieman tuliren-kaan yläpuolella. Edullisesti keskivaippa on valmistettu teräksestä ja kiinnitetty yläreunastaan sisävaippaan hitsikiinnityksellä. Keskivaipan ympärillä on ulkovaip-20 pa 38, joka muodostaa tulipesän uloimman kuoren. Ulkovaipan ja keskivaipan väliin muodostuu tulipesää ympäröivä tila, joka toimii kaasutusilman esilämmitystila-na. Esilämmitystilan yläpinnan muodostaa alempi välipohja 16b.

Polttoainesiilon ja kaasutusosan välissä oleva jäähdytystila 80 toimii rakenneosana, joka vähentää lämmön siirtymistä kaasutusosasta polttoainesiiloon. Jäähdytys-25 tila on jaettu ylemmän ja alemman välipohjan suuntaisella jakolevyllä 16c kahteen o osaan siten, että jakolevyn yläpuolelle muodostuu ilmakanava 18 ja jakolevyn ala- cvi puolelle nestekanava 19. Ilmakanava 18 on rengasmainen kanavaosuus, jonka kautta polttoaineen kaasuttamisessa tarvittava kaasutusilma johdetaan sisään

CM

kaasuttimeen. Ilmakanavan sisällä on välilevy 48 (kuva 1b), joka sulkee kanavan £ 30 yhdestä kohdasta kokonaan. Välilevyn ensimmäisellä puolella kanavan ulkosei- g nämässä on tuloaukko 57, jonka kautta kaasutusilma pääsee virtaamaan sisään g ilmakanavaan ja välilevyn toisella puolella on poistoaukko 58, josta ilma pääsee o poistumaan ilmakanavasta ilmaputkeen 64. Kaasutusilma kiertää siten ilmakana vassa olennaisesti täyden kierroksen. Ilmaputken toinen pää on johdettu ulkovaip-35 paan tehdyn reiän kautta ulkovaipan ja keskivaipan väliseen tilaan. Poistoaukon kautta kaasutusilma pääsee virtaamaan ilmakanavasta ilmaputkeen 64 ja ilmaput- 6 kea pitkin edelleen esilämmitystilaan. Alemman välipohjan ja keskivaipan yläreunan välisellä osuudella esilämmitystila rajoittuu sisävaippaan 34. Tälle sisävaip-paan rajoittuvalle rengasmaiselle esilämmitystilan seinämäosuudelle on järjestetty ilmasuuttimia 60, joiden kautta kaasutusilma johdetaan esilämmitystilasta tuliren-5 kaan yläpuolelle.

Kuvassa 1c on esitetty keksinnön mukainen myötävirtakaasutin vaakasuuntaisena poikkileikkauksena leikkaustasosta B-B. Ilmakanavan alapuolinen nestekanava 19 on ulkovaipan 38, sisävaipan 34, jakolevyn 16c ja alemman välipohjan 16b rajaama rengasmainen kanavaosa. Ulkovaipassa on tuloreikä 70 jäähdytysnesteen si-10 säänvirtausta varten ja poistoreikä 72 jäähdytysnesteen ulosvirtausta varten. Edullisesti jäähdytysnesteenä käytetään vettä. Tuloreikä avautuu ulkovaipan 38 läpi kaasuttimen ulkopuolelle ja poistoreikä avautuu alemman välipohjan 16b läpi ulkovaipan ja keskivaipan väliseen tilaan. Tuloreikä ja poistoreikä sijaitsevat rengasmaisen nestekanavan vastakkaisilla reunoilla. Poistoreiän 72 jatkeena on ensim-15 mäinen virtausputki 74a, jonka alaspäin osoittava toinen pää on johdettu keskivai-passa 36 olevan reiän läpi arinan 40 alapuolelle. Ensimmäinen virtausputki muodostaa siten jäähdytysnesteen sisäänvirtausreitin nestekanavasta tulipesän sisään arinan alapuolelle. Keskivaipan seinämässä on vielä toinen reikä, jonka jatkeena on toinen virtausputki 74b. Toinen virtausputki johtaa ulkovaipan 38 läpi kaasutti-20 men ulkopuolelle ts. se muodostaa jäähdytysnesteen ulosvirtausreitin tulipesästä kaasuttimen ulkopuolelle. Keskivaipassa olevat reiät ensimmäisen virtausputken ja toisen virtausputken liittymistä varten sijaitsevat tulipesän vastakkaisilla reunoilla etäisyyden päässä keskivaipan matalimmasta kohdasta. Kaasuttimen käyttötilanteessa tulipesän pohjalla on siten aina jonkin verran jäähdytysnestettä, edullisesti 25 vettä.

o Keksinnön mukaiseen myötävirtakaasuttimeen kuuluu luonnollisesti sytytysmeka- c\i nismi, jolla kaasutettava polttoaine sytytetään palamaan (sytytysmekanismia ei ole ci, esitetty kuvissa). Kaasuttimessa voidaan käyttää useita erilaisia tunnetun tekniikan

CM

mukaisia sytytysmekanismeja, joita ei kuvata tässä yhteydessä tarkemmin. Edulli-£ 30 sesti sytytysmekanismi on automaattinen, nestekaasutoiminen tai sähkötoiminen § mekanismi.

I''-

LO

? Keksinnön mukaiseen laitteistoon kuuluu lisäksi vielä tuotekaasun pesuri 100, hii- ^ lenerotin 200, lauhdutin 300 ja pumppu 400. Tuotekaasun pesuri on laite, jonka avulla myötävirtakaasuttimessa muodostuneesta tuotekaasusta poistetaan kaasu-35 tusprosessissa syntyneet epäpuhtaudet, kuten noki. Pesuriin kuuluu pystyasennossa oleva lieriömäinen säiliö 108, jonka sisäpuolelle on asennettu vaakasuun- 7 täiseen asentoon verkko 102, joka jakaa sisäosan ylempään osaan 104 ja alempaan osan 106. Ylemmässä osassa on joukko muodoltaan olennaisesti pyöreitä kappaleita 110, jotka on ladottu puhdistuskerrokseksi 122 verkon 102 päälle. Kappaleet voivat olla materiaaliltaan esimerkiksi metallia tai jotain orgaanista materi-5 aalia, kuten puuta tai hiiltä. Kappaleiden koko ja muoto on valittu siten, että niiden väliin muodostuu useita sokkeloisia virtausreittejä tuotekaasun ja jäähdytysnesteen läpivirtausta varten. Säiliön kannen 112 läpi johtaa säiliön sisään putki 114, jonka päässä on pirskotin 116. Pirskotin jakaa putkea pitkin tulevan jäähdytysnesteen tasaiseksi pisarasuihkuksi puhdistuskerroksen pinnalle. Säiliön kannen läpi 10 johtaa tuotekaasuputki 124, jota pitkin epäpuhtauksista puhdistettu tuotekaasu imetään pois säiliöstä. Tuotekaasuputken toisessa päässä voi olla imuri tai se voi olla liitetty moottoriin, joka muodostaa käydessään sopivan imun tuotekaasun poistamista varten (imuria ja moottoria ei ole esitetty kuvassa).

Säiliön alemman osan 106 pohjalla on nestetila 118, johon pirskottimesta tuleva, 15 puhdistuskerroksen läpi valuva neste kerääntyy. Myötävirtakaasuttimesta tulevan toisen virtausputken 74b toinen pää on johdettu säiliön seinämän läpi säiliön alempaan osaan. Toisen virtausputken sisääntulokohta on etäisyyden päässä säiliön pohjasta. Säiliön pohjan 120 läheisyydessä on säiliön seinämän läpi johtava reikä, jonka jatkeena on säiliöstä ulos johtava kolmas virtausputki 74c. Myötävirta-20 kaasuttimessa syntyvä tuotekaasu virtaa säiliön sisään toista virtausputkea 74a pitkin ja nousee säiliön sisällä imun vaikutuksesta ylöspäin puhdistuskerroksen läpi kohti tuotekaasuputken ensimmäistä päätä. Samanaikaisesti puhdistuskerroksen läpi valuu alaspäin nestettä, joka jäädyttää tuotekaasua ja poistaa sinä olevia epäpuhtauksia. Epäpuhtaudet valuvat nesteen mukana nestetilaan.

25 Jäähdytysneste virtaa tulipesän 32 sisältä toista virtausputkea 74b pitkin pesurin g 100 sisään nestetilaan 118. Polttoaineen palamisessa syntyvä tuhka sekoittuu tu- cv lipesässä jäähdytysnesteeseen, jolloin tuhka poistuu tulipesästä jäähdytysnesteen o) mukana. Myötävirtakaasuttimessa ei siten tarvita erillistä tuhkanpoistojärjestelmää,

(M

T vaan tuhka poistetaan tulipesästä laitteistossa kierrätettävän jäähdytysnesteen ^ 30 mukana. Pesurista lähtevän kolmannen virtausputken 74c päässä on pumppu g 400. Edullisesti pumppu on sähkötoiminen. Pumppuun on liitetty neljäs virtausputki g 74d, jonka toinen pää on liitetty myötävirtakaasuttimen nestekanavan 19 tulo- o reikään 70. Virtausputket 74a, 74b, 74c, ja 74d ja pumppu 400 muodostavat siten nestekanavasta tulipesään, tulipesästä tuotekaasun pesuriin 100 ja pesurista ta-35 kaisin nestekanavaan johtavan jäähdytysnesteen virtausreitin, jossa ylläpidetään jäähdytysnesteen kiertoa pumpun 400 avulla. Pesurin ylempään osaan 104 johta- 8 va putki 114 on yhdistetty toisesta päästään neljänteen virtausputkeen 74d venttiilin 126 välityksellä. Venttiilin avulla osa kierrätettävästä jäähdytysnesteestä ohjataan putken 114 kautta puhdistuskerroksen päälle.

Pumpun 400 ja venttiilin 126 välisellä virtausputken 74d osuudella on hiilenerotin 5 200 ja lauhdutin 300. Hiilenerottimella jäähdytysnesteestä poistetaan siinä sekoit tuneena oleva tuhka ja hienojakoinen hiili. Hiilenerotin voi olla mikä tahansa erotin, jonka avulla nesteestä voidaan erottaa pieniä kiinteitä partikkeleita. Lauhduttimella kierrätettävästä jäähdytysnesteestä poistetaan lämpöenergiaa, jolloin jäähdytys-nesteen lämpötila voidaan pitää halutulla tasolla. Lauhduttimen teho on mitoitettu 10 siten, että jäähdytysnesteen lämpötila lauhdutuksen jälkeen on n. 30 °C. Hii-lenerottimen ja lauhduttimen rakenne ja toiminta on yleisesti tunnettua tekniikkaa, joten niitä ei selosteta tässä yhteydessä tarkemmin.

Keksinnön mukainen myötävirtakaasutin toimii seuraavalla tavalla. Polttoainesiilon 14 kansi 12 avataan ja polttoainesiiloon annostellaan sopiva määrä polttoainetta, 15 jolloin osa polttoaineesta valuu tulipesään 32. Kaasuttimen polttoaineena voidaan käyttää lähes mitä tahansa biopolttoainetta, kuten kuorineen haketettua mäntyä, koivua, kuusta, pajua tai muita puulajeja. Puuhake saa olla ilmakuivattua, jolloin sen kosteuspitoisuus voi olla 30-40 painoprosenttia. Polttoaineen annostelemisen jälkeen kansi suljetaan ilmatiiviisti.

20 Tuotekaasuputkeen 124 yhdistetty imuri käynnistetään ja tulipesässä 32 oleva polttoaine sytytetään palamaan. Imurin aikaansaaman alipaineen ansiosta kaasu-tusilmaa virtaa sisään ilmakanavaan 18 ja ilmaputkea 64 pitkin edelleen keskivai-pan 36 ja ulkovaipan 38 väliseen esilämmitystilaan, josta se johdetaan ilmasuutti-mien 60 kautta tulirenkaan 50 yläpuolelle tulipesään. Polttoaine kaasuuntuu tuli-5 25 pesässä korkeassa, 1100-1300 °C:n lämpötilassa. Koska polttoaineen lämpötila

CM

^ polttoainesiiiossa on matala, pyrolyysiä ei tapahdu käytännössä lainkaan polttoai- 7 nesiilossa. Polttoainesiiiossa ei myöskään tapahdu merkittävästi polttoaineen kui- 05 ^ vumista, vaan polttoaine on tulipesään saapuessa likimain alkuperäisessä kostein ustilassaan. Pyrolyysi tapahtuu siten erittäin lyhyellä, ylemmän välipohjan 16a ja oo 30 tulirenkaan 50 välisellä matkalla, o

LO

o Pyrolyysireaktiossa tulipesään 32 syntyy tuotekaasua, joka sisältää vetyä, hiili- ^ monoksidia, hiilidioksidia, typpeä ja vesihöyryä. Tuotekaasu poistuu tulipesästä imun vaikutuksesta toista virtausputkea 74b pitkin tuotekaasun pesurin 100 alempaan osaan 106, mistä se virtaa puhdistuskerroksen läpi ylöspäin ylempään osaan 35 104 ja edelleen tuotekaasuputkea 124 pitkin ulos pesurista. Tuotekaasu puhdistuu 9 siinä olevista epäpuhtauksista, kun se virtaa puhdistuskerroksen läpi. Kaasuttimen käytön aikana laitteistossa kierrätetään jäähdytysnestettä, edullisesti vettä, laitteistoon kuuluvan pumpun 400 avulla. Pumppu imee jäähdytysnestettä tuotekaasun pesurin nestetilasta 118 ja johtaa sen hiilenerottimen 200 ja lauhduttimen 300 5 kautta myötävirtakaasuttimen nestekanavaan 19. Lauhduttimessa jäähtynyt jäähdytysneste on nestekanavaan saapuessaan n. 30 °C lämpötilassa. Nestekanavas-sa virtaava jäähdytysneste sitoo itseensä lämpöä ja estää tulipesässä syntyvän lämpöenergian siirtymisen polttoainesiiloon 14 ja siilossa olevaan polttoaineeseen. Nestekanavasta jäähdytysneste virtaa ensimmäistä virtausputkea 74a pitkin arinan 10 40 alapuolelle tulipesän pohjalle. Polttoaineen palamisessa syntyvät kuumat hiilet ja kekäleet putoavat arinan läpi suoraan jäähdytysnesteeseen, jossa ne sammuvat nopeasti. Uskotaan, että hehkuvien polttoainekekäleiden pudottaminen veteen saattaa lisätä vetykaasun tuotantoa. Palamisessa syntyvä tuhka sekoittuu tuli-pesässä jäähdytysnesteeseen. Jäähdytysneste virtaa tulipesästä 32 toista virtaus-15 putkea 74b pitkin tuotekaasun pesuriin, josta pumppu imee sen uudelleen kiertoon. Osa kierrossa olevasta jäähdytysnesteestä ohjataan venttiilin 126 ja putken 114 kautta puhdistuskerroksen päälle.

Laitteistoon kuluva myötävirtakaasutin voi olla edellä selostetun kaltainen yhden tulipesän kaasutin tai siinä voi olla useampia tulipesiä, kuten hakijan aiemmassa 20 hakemuksessa WO 2008/145814 A1 on esitetty. Edelleen laitteistoon kuuluvat yksittäiset laitteet, kuten hiilenerotin, tuotekaasun pesuri, lauhdutin, pumppu ja myötävirtakaasutin voivat olla jäähdytysnesteen virtausreitin varrella jossain muussa kuin edellä esitetyn selostuksen mukaisessa järjestyksessä. Laitteistossa voi myös olla erillinen, toisen virtausputken 74b yläpuolelle sijoitettu viides virtaus-25 putki 74e tuotekaasun virtausta varten.

° Edellä on kuvattu eräitä keksinnön mukaisen menetelmän ja laitteiston edullisia c\i suoritusmuotoja. Keksintö ei rajoitu juuri kuvattuihin ratkaisuihin, vaan keksinnölliset tä ajatusta voidaan soveltaa lukuisilla tavoilla patenttivaatimusten asettamissa ra-

(N

l joissa.

EC

CL

CO

o t'- uo o δ

(M

Claims (14)

10

1. Menetelmä kiinteän polttoaineen, kuten puuhakkeen, kaasuttamiseksi myö-tävirtakaasuttimella, jossa on polttoainesiilo (14), tulipesä (32) sekä nestekanava (19) jäähdytysnesteen, kuten veden, kierrättämistä varten, tunnettu siitä, että me- 5 netelmässä jäähdytysneste johdetaan nestekanavasta tulipesän pohjalle arinan alapuolelle ja tulipesän pohjalta ulos tulipesästä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä jäähdytysneste johdetaan tulipesästä (32) takaisin nestekanavaan (19).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasu-10 tuksessa syntyvä tuotekaasu johdetaan ulos tulipesästä (32) jäähdytysnesteen virtausputkea (74b) pitkin ja tuotekaasusta poistetaan epäpuhtaudet tuotekaasun pesurissa (100).

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasutuksessa syntyvä tuhka ja hiilipartikkelit johdetaan ulos tulipesästä (32) 15 jäähdytysnesteen mukana virtausputkea (74b) pitkin.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jäähdytys-nesteestä poistetaan tuhkaa ja hiiltä tuotekaasun pesurissa (100).

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kierrätettävän jäähdytysnesteen lämpötilaa alennetaan lauhduttimella (200).

7. Laitteisto kiinteän polttoaineen, kuten puuhakkeen, kaasuttamista varten, jossa laitteistossa on myötävirtakaasutin, joka käsittää polttoainesiilon (14), tulipe- ^ sän (32) sekä nestekanavan (19) jäähdytysnesteen, kuten veden, kierrättämistä o ^ varten, tunnettu siitä, että myötävirtakaasutin käsittää lisäksi nestekanavasta tulisi pesän pohjalle johtavan ensimmäisen virtausputken (74a) ja tulipesästä ulos joh- gj 25 tavan toisen virtausputken (74b). X

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että nestekanava g (19) on ainakin osittain polttoainesiilon (14) ja tulipesän (32) välissä. LO

? 9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että myötävir- ^ takaasuttimessa on polttoainesiilosta (14) tulipesään (32) johtava reikä (30) ja nes- 30 tekanava (19) on mainittua reikää ympäröivä rengasmainen kanavaosa. 11

10. Jonkin patenttivaatimuksen 7-9 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että se käsittää lisäksi pumpun (400) ja virtausputkia (74b, 74c, 74d) jäähdytysnesteen johtamiseksi tulipesästä (32) takaisin nestekanavaan (19).

11. Jonkin patenttivaatimuksen 7-10 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että se 5 käsittää lisäksi tuotekaasun pesurin (100), joka pesuri on liitetty tulipesästä (32) ulosjohtavan toisen virtausputken (74b) päähän.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että tuotekaasun pesurissa on puhdistuskerros (122) tuotekaasun puhdistamista varten, tuotekaa-suputki (124) puhdistetun tuotekaasun ulos johtamista varten ja laitteistossa on 10 välineet (126, 114, 116) jäähdytysnesteen johtamiseksi puhdistuskerroksen päälle.

13. Jonkin patenttivaatimuksen 7-12 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että se käsittää lisäksi hiilen erottimen (200) jäähdytysnesteessä olevien tuhka- ja hiilipar-tikkelien poistamista varten.

14. Jonkin patenttivaatimuksen 7-13 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että se 15 käsittää lisäksi lauhduttimen (300) kierrätettävän jäähdytysnesteen lämpötilan alentamista varten. δ C\l CM CD CM X cc Q_ CO o LO o δ CM 12