NL8200417A - Inrichting voor het vergassen van vaste brandstof en de hierbij te gebruiken meestroom-vergasser. - Google Patents

Description

.-1- 22 337/Vk/mb * i

Korte aanduiding: Inrichting voor het vergassen van vaste brandstof en de hierbij te gebruiken meestroom-vergasser.

De uitvinding heeft betrekking op een msestroora-verg^sser voor vaste 5 brandstof bestaande uit een cylindrisch vat dat van boven naar beneden een toevoerzone voor vaste brandstof, droogzone, pyrolysezone, verbran-dingszone en reductiezone omvat, een toevoer voor zuurstofhoudend verbrandingsgas, een afvoer voor produktgas en een asafvoer, een centraal gelegen as die ter hoogte van de verbrandingszone is voorzien van een ten 10 opzichte van de as uitstekend lichaam voor het verdelen van de brandstof en waarmee een vernauwing wordt bewerkstelligd in de verbrandingszone, . welke vernauwing tevens wordt bepaald door de in diameter toe of afnemende reactorwand, hetgeen eventueel wordt bereikt met de aangebrachte vuurvaste bekleding. De uitvinding heeft verder betrekking op een inrichting· voor 15 hét vergassen van vaste brandstof en het nuttig gebruiken van het verkregen gasmengsel, bestaande uit een vergasser, warmtewisselaar, carbu-ratiesysteem, motor en generator. De uitvinding heeft verder betrekking op een werkwijze voor het zuiveren en afkoelen van het produktgas verkregen uit de vergasser en op een rooster dat aanwezig is in de 20 vergasser.

In de Nederlandse octrooiaanvrage 7903893 is een meestroom-glijdend-bed-vergasser beschreven waarin een vaste brandstof wordt verbrand en hieruit een produktgas wordt gevormd. Met name is daaruit een vergasser bekend die is voorzien van een centrale as waarop een afgeknot 25 orgaan is aangebracht, zodat een keelvormige opening wordt bewerkstelligd tussen dit orgaan en de reactorwand waardoor de brandstof met de juiste snelheid door de keel zakt en het vereiste innige kontakt wordt bereikt tussen kooldioxyde en waterdamp met koolstof bij de hoge verbrandings-temperatuur. Verder zijn in genoemde octrooiaanvrage in de voorbeelden 30 samenstellingen vermeld van het geproduceerde produktgas en van de hoeveelheden brandstof en lucht die in de vergasser met elkaar in reactie worden gebracht. Deze waarden zijn algemeen geldend, dus ook voor het onderhavige inrichting en werkwijze.

Tot nu toe is echter nog geen complete inrichting bekend voor 35 het vergassen van vaste brandstoffen, waarmee het mogelijk is om de energie te winnen uit het produktgas zodat een dergelijke installatie in de parktijk kan worden toegepast en continu kan worden gebruikt. Voor een praktisch en continu gebruik is het noodzakelijk dat een dergelijke installatie ook effectief kan werken, indien minder vaste brandstof wordt 8200417 ü ' -2- 22337/Vk/rab toegevoerd dan gemiddeld in een dergelijke installatie wordt vergast en de installatie moet voor praktische doeleinden redelijk onafhankelijk zijn van de aard van de toegevoerde brandstof. Wanneer een dergelijke installatie werkt op het vergassen van hout, bijvoorbeeld houtafval, dan 5 moet de vergasser optimaal kunnen werken onafhankelijk van de grootte van het toegevoerde houtafval.

Een van de doelstellingen volgens de uitvinding is om een continu werkende, veilige inrichting te verkrijgen op basis van een vergasser, waarmee het mogelijk is om een zodanige hoeveelheid energie te verkrijgen dat 10 men onafhankelijk is van de normale toevoer aan elektriciteit. Hiertoe is bet vooral van belang dat de vergasser een bepaalde hoeveelheid produktgas geeft onafhankelijk van de grootte en de soort van de toegevoerde brandstof met name onafhankelijk van de grootte van de toegevoerde brokken of stukken hout en onafhankelijk van bijvoorbeeld het vochtgehalte van het 15 hout.

De samenstelling van het verkregen produktgas, de temperatuur in de verbrandingszone en de verhouding brandstof tot verbrandingsgas zijn uit de literatuur, met name uit de Nederlandse octrooiaanvrage 7903893 bekend. Door de inrichting en met name de vergasser,volgens de uitvinding, 20 is het mogelijk geworden om de thans verkregen inrichting en vergasser continu en veilig te laten werken en dit is bewerkstelligd met behulp van een vergasser volgens de uitvinding en deze wordt hierdoor gekenmerkt, dat een om de as aangebracht lichaam in hoogte instelbaar is, ten opzichte van de in diameter veranderende reactorwand,zodat een variabele doorvoer voor 25 de brandstof kan worden bewerkstelligd.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van de onderstaande beschrijving, waarbij is verwezen naar de bijgevoegde tekening, waarbij fig. 1 schematisch een uitvoeringsvorm van de vergasser weer- 30 geeft en fig. 2 een blokschema is van de installatie waarin de vergasser is opgenomen.

In fig. 1 is de vergasser 1 weergegeven, bestaande uit een cylindervormige mantel 2 van een constructiestaal, aan de onderkant taps-35 vormig uitlopend in vorm 3 en aan de bovenkant afgesloten met een deksel 4.

In het cylindrische gedeelte heeft de droging, pyrolyse en verbranding plaats van de toegevoerde brandstof, bij voorkeur hout in de achtereen- 8200417 . r λ -3- 22337/Vk/mb volgende zones 5, 6 en 7 waarna een reductie plaatsheeft onder invloed van de gloeiende koolstof in de reductiezone 8. Hieruit wordt as en produkt-gas afgevoerd naar de verzamelzone 9.

Centraal in de vergasser is een as aangebracht die volgens een 5 voorkeursvorm hol is uitgevoerd en verder wordt aangegeven als leiding 10. Deze leiding 10 steekt aan de bovenkant door deksel 4 en aan de onderkant is op leiding 10 een plaat 34 bevestigd. Leiding 10 doet dienst om hulpgas toe te voeren aan de vergasser via gastoevoer 15T welk hulpgas via spuitstuk 35 wordt toegevoerd aan een elektrisch ontstekingsorgaan 46.

10 Dit hulpgas wordt met name gebruikt bij het starten van de vergasser.

Rond leiding 10 is buis 29 aangebracht door welke buis het zuur-stofhoudende verbrandingsgas wordt toegevoerd via toevoeropening 16.

Naast buis 29 is op deksel 4 een toevoer 11 voor brandstof aangebracht, welke toevoer bij voorkeur is voorzien van een toevoersluis 43, 15 met een hierin roterend orgaan 45. Deze toevoersluis kan eventueel ook zijn voorzien van snij-organen om hout of andere brandstof tot de gewenste deeltjesvorm te verkleinen.

Om warmteverlies via de wand van de vergasser te voorkomen is deze voorzien van een warmte-isolerende mantel 12. Aan de binnenwand, 20 althans ter hoogte van de verbrandingszone is de vergasser 1 voorzien van een vuurvast materiaal 13, in een zodanige vorm dat deze vuurvaste bekleding ter hoogte van de verbrandingszone en eventueel van de reductiezone 8 en ter hoogte van het kegelvormig lichaam 30, dat is aangebracht op buis 29, een keel vormt in de verbrandingszone, zodat de doorgang van de brandstof 25 kan worden geregeld en een betere verbranding kan worden bereikt. De toevoer van brandstof' heeft plaats zoals aangegeven door pijl 14, de verbrandingslucht die zuurstof bevat heeft plaats zoals aangegeven door pijl 16 en een hulpgas dat dienst kan doen om de verbranding te starten heeft plaats zoals aangegeven door pijl 15.

30 De tot nu toe bekende apparatuur was niet of moeilijk regelbaar in afhankelijkheid van de toegevoerde vaste brandstof en gaf slechts een optimale vergassing indien de brandstof een bepaalde, binnen een klein traject, gelegen korrelgrootte had en een bepaald vochtgehalte. De onderhavige vergasser maakt het mogelijk om een grotere diversiteit aan brand-35 stoffen te verwerken, met name brandstoffen zoals hout in diverse afmetingen omdat de onderhavige vergasser makkelijker regelbaar is. Dit is met name te danken aan het kegelvormige lichaam 30 dat is aangebracht op buis 29. Dit kegelvormige lichaam is aan de bovenkant voorzien van schoepen 8200417 * 5 -4- 22337/Vk/mb of ribben 36 waarmee een breking van de verhitte, zich vastzettende brandstof in de ruimte 7 kan worden bewerkstelligd. Van belang is vooral dat het kegelvormige lichaam 30 een instelbare diameter in de keelvorraige ruimte geeft die is gevormd tussen het vuurvaste materiaal 13 en het 5 uiteinde van het kegelvormige lichaam 30. Aan de onderzijde is het kegelvormige lichaam 30 mechanisch verbonden met as 44 door middel van . strippen 32. De as 44 is gelagerd in lager 25 van het vaste gedeelte 21 van het roostersysteem.

Een verdere verbetering volgens de uitvinding is dat het toege-10 voerde zuurstofbevattende verbrandingsgas niet van de omtrek naar binnen wordt toegevoerd zoals is aangegeven in octrooiaanvrage 7903893» doch vanaf het centrale gedeelte van de vergasser 1, te weten vanuit buis 29, via opening 33 boven de plaat 34 in zone 7. Zodoende kan een aanjaag-effeot met behulp van de stroom verbrandingsgas worden bewerkstelligd 15 door de opening 33 in grootte te variëren met behulp van plaat 34 die in vertikale richting beweegbaar is zoals aangegeven door pijlen 27. Naast de vertikale verplaatsing van plaat 34 is ook een vertikale verplaatsing mogelijk van het kegelvormige lichaam 30, aangegeven door pijl 31. Bovendien kan het kegelvormige lichaam 30 worden geroteerd zoals aangegeven 20 door pijl 26. Op buis 29 zijn verdeelarmen 28 aangebracht waarmee de toegevoerde brandstof gelijkmatig kan worden verdeeld over de droogzone 5 en de pyrolysezone 6.

Met behulp van deze vergasser, met name de constructie van het kegelvormige lichaam zoals gemonteerd op buis 29 wordt de vaste brandstof 25 nagenoeg volledig vergast en wordt een minimale hoeveelheid niet ver-brandbare as verkregen die valt op het bovenste rooster 22, bestaande uit ringen of spijlen 24,die roteerbaar is ten opzichte van het hieronder gelegen vaste rooster 21. As 44 is gelagerd in lager 25 van het vaste rooster 21, bestaande uit ringvormige spijlen 23. De twee roosters 21 en 30 22 kunnen excentrisch ten opzichte van elkaar zijn geplaatst en het bovenste rooster kan met tussenpozen of continu worden geroteerd. De spijlen 24 van het bovenrooster bewegen in de langsrichting door rotatie ten opzichte van de zich daartussen bevindende spijlen 23 van het onderrooster 21. De daardoor ontstane beweging veroorzaakt een verspreidende 35 werking voor het as en een draaiende, rollende beweging van de hete kool-stofdeeltjes, waardoor de gevormde as onmiddellijk en gelijkmatig van de vaste koolstofdeeltjes wordt afgescheiden. Zodoende wordt een optimale doorstroming verkregen van het produktgas via het rooster en wordt de as, 8200417 v c -* -5- 22337/Vk/mb na vergassing van de hete vaste koolstofdeeltjes gelijkmatig afgescheiden en afgevoerd zodat brugvorming van asdeeltjes wordt voorkomen.

Door de eventuele excentrische plaatsing van een van de roosters worden in de langsrichting en in de zijdelingse richting krachten uitge-5 oefend op de deeltjes die zich tussen de roosters van het roostersysteem bevinden. De excentrische beweging veroorzaakt vernauwende en verwijdende openingen tussen de spijlen, waardoor brugvorming en/of vastknellen van koolstofdeeltjes wordt voorkomen.

Een goede doorstroming van het produktgas door het roostersysteem 10 is van belang omdat het cylindrische vat 2 aan de binnenkant is voorzien van een leiding 18 waardoor het produktgas naar boven toe wordt afgevoerd via leiding 19. Het voordeel van het afvoeren van het produktgas via leiding 18 en 19 aan de bovenkant van de vergasser is dat met het hete produktgas een warmte-uitwisseling wordt bewerkstelligd met de toegevoerde 15 brandstof zodat deze wordt voorverwarmd en met name wordt gedroogd in de droogzone 5. Hierdoor wordt het vochtgehalte van de toe te voeren brandstof op een nagenoeg constante en gewenste waarde gebracht, zonder dat hiervoor energie moet worden verbruikt buiten de vergasser.

Om in de reductiezonë 8 koude plekken te voorkomen is een 20 cylindrische ring 42 aangebracht op de binnenwand van kanaal 18 zodat een ruimte 41 wordt gevormd tussen de reductiezone en de gasafvoer 18. Een ander voordeel van de sluitwand of ring 42 is dat door het roostersysteem as wordt afgevoerd op enige afstand van gasafvoer 18 zodat minder vliegas wordt meegevoerd met het produktgas, dan wanneer het rooster direct was 25 verbonden met de binnenwand van kanaal 18.

De totale installatie is in blokschema weergegeven in fig. 2, van welke installatie de vergasser 1, zoals weergegeven in fig. 1 het belangrijkste onderdeel is.

In het blokschema van fig. 2 is de vergasser eveneens weergegeven 30 als 1 en hieraan worden toegevoerd via doseersluis 43, eventueel voorzien van een snij-inrichting, vaste brandstof met name houtafval via leiding 14.

De toevoer van brandstof is aangegeven met 50. Verder wordt aan vergasser 1 via leiding 16 verwarmd verbrandingsgas toegevoerd afkomstig uit warmtewisselaar 75, terwijl het verder mogelijk is om via leiding 15 vanuit voor-35 raadvat 52 een hulpgas toe te voeren, om de installatie te starten.

Aan de onderzijde van de vergasser 1 wordt via leiding 20 as afgevoerd en deze wordt opgevangen in asopvangorgaan 72 dat losneembaar is gekoppeld aan toevoerleiding 20. Zodoende wordt uit het procédé via as- 8200417 V 'k -6- 22337/Vk/mb opvangvat 72 as 58 afgevoerd. Verder wordt uit de vergasser via leiding 19 produktgas afgevoerd naar een cycloon of filter 74, waaruit aan de onderzijde as wordt afgevoerd naar asopvangorgaan 73, zodat uit het procédé as wordt verwijderd, aangegeven door 59.

5 Aan de bovenkant van de cycloon wordt via leiding 96 produktgas afgevoerd naar warmtewisselaar 75 waar het hete produktgas dient om het verbrandingsgas voor te verwarmen. Het verbrandingsgas wordt uit voorraadvat 51 toegevoerd aan luchtfilter 78 en via leiding 80 toegevoerd aan warmtewisselaar 75 waar het via leiding 16 wordt toegevoerd aan vergasser 10 1. Uit warmtewisselaar 75 wordt afgekoeld produktgas afgevoerd via leiding 97 en toegevoerd aan een waterkolom 76, die dienst doet als filter waarin het produktgas verder wordt afgekoeld en hieruit worden de resterende teer- en vliegasresten gevangen. Deze restdeeltjes worden opgevangen in teeropvangorgaan 77.

15 Uit het waterfilter 76 wordt afgekoeld en gezuiverd produktgas afgevoerd via leiding 98 en toegevoerd aan een automaat 79. Via leiding 95 wordt condenswater onttrokken aan de onderkant van het waterfilter 76 en toegevoerd aan automaat 79, terwijl uit automaat 79 condenswater wordt afgevoerd, aangegeven met 61. Aan 20 de bovenkant van automaat 79 wordt gezuiverd produktgas afgevoerd via leiding 99 en toegevoerd aan het energie producerende gedeelte van de inrichting, aangegeven aan de rechter zijde van stippellijn 100. Aan de linkerzijde is het gasproducerende en gaszuiverende gedeelte weergegeven.

Het belangrijkste gedeelte van het energie producerende gedeelte 25 is de verbrandingsmotor .114, waaraan via de carburator 112 een gasmengsel wordt toegevoerd van produktgas en lucht die vanuit bron 155 wordt toegevoerd via luchtfilter 111. Verder wordt aan de verbrandingsmotor diesel-brandstof toegevoerd uit bron 153 om de verbranding van het produktgas te onderhouden. De verbrandingsmotor 114 is enerzijds verbonden met een warmte-30 wisselaar 113 voor het koelwater van de motor, welke warmtewisselaar warme lucht of vloeistof toevoert aan systeem 117, zodat via systeem 117 warmte wordt gewonnen uit het koelwatersysteem van motor 114. Anderzijds wordt uit de verbrandingsmotor 114 heet afgas afgevoerd dat wordt gekoeld met behulp van warmtewisselaar 115, waaraan systeem 118 is gekoppeld, waaraan koele 35 lucht of koele vloeistof wordt toegevoerd, zodat via systeem 118 de warmte wordt gewonnen uit de hete afgassen van motor 114. Ten slotte is verbran-dings motor 114 gekoppeld aan generator 116 waaruit de elektrische energie wordt verkregen aangegeven met 162. Met behulp van motor 114 wordt produkt- 8200417 ·' J*r -7- 22337/Vk/mb gas aangezogen uit vergasser 1.

Samengevat kan dan ook worden gesteld dat aan het systeem wordt toegevoerd brandstof via bron 50 en verbrandingsgas via bron 51 en uit het systeem warmte wordt verkregen via 117 en 118 en elektrische energie, aan-5 gegeven door 162. Als hulpstoffen worden diesel toegevoerd vanuit 153 en een hulpgas vanuit 52.

Zodoende wordt met de installatie volgens de uitvinding een veilige inrichting verkregen waarmee het mogelijk is om op continue wijze energie te winnen door het vergassen van vaste brandstof, terwijl men 10 minder afhankelijk is dan tot nu toe werd aangenomen van de verdere bedrijf somstandi^ieden en van de toegevoerde brandstof.

-CONCLUSIES- 8200417

Claims (19)

1. Vergasser voor vaste brandstof bestaande uit een oylindrisch vat dat van boven naar beneden een toevoerzone voor vaste brandstof, 5. droogzone, pyrolysezone, verbrandingszone en reductiezone omvat, een toevoer voor zuurstofhoudend verbrandingsgas, een afvoer voor produktgas en een asafvoer, een centraal gelegen as die, ter hoogte van de verbrandingszone is voorzien van een ten opzichte van de as uitstekend lichaam, voor het verdelen van de brandstof en waarmee een vernauwing wordt bewerk- 10 stelligd in de verbrandingszone, welke vernauwing tevens wordt bepaald door de in diameter toe of afnemende reactorwand, hetgeen eventueel wordt bereikt met de aangebrachte vuurvaste bekleding, met het kenmerk, dat een om de as aangebracht lichaam in hoogte instelbaar is ten opzichte van de • in diameter veranderende reactorwand,zodat een variabele doorvoer voor de 15 brandstof kan worden bewerkstelligd.

2. Vergasser volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de as buisvormig is en dienst kan doen als toevoer voor hulpgas.

3. Vergasser volgens conclusies 1-2, met het kenmerk, dat rond de leiding voor het toevoeren van hulpgas concentrisch een buis is aangebracht 20 voor het toevoeren van een zuurstofhoudend verbrandingsgas.

4. Vergasser volgens conclusies 1-3, met het kenmerk, dat het kegelvormige uiteinde van de toevoer voor verbrandingsgas is voorzien van een plaat die in hoogte instelbaar is.

5. Vergasser volgens conclusies 1-4, met het kenmerk, dat de 25 plaat de uitstroomopening gedeeltelijk kan afsluiten.

6. Vergasser volgens conclusies 1-5, met het kenmerk, dat de reductiezone aan de onderzijde is begrensd door een roostersysteem voor het afvoeren van as, welk roostersysteem bestaat uit vaste onderringen en rond een as op afstand van de onderringen roterende bovenringen.

7. Vergasser volgens conclusies 1-6, met het kenmerk, dat het produktgas en as kan worden afgevoerd via het roostersysteem, de asafvoer is voorzien van een gesloten, losneembare bak, en voor de afvoer van het produktgas'een leiding is aangebracht nabij de mantel van het cylindrische, vat uitmondend in de gasafvoer, nabij de droogzone.

8. Vergasser volgens conclusies 1-7, met het kenmerk, dat op het kegelvormige lichaam ribben zijn aangebracht voor het breken van de brandstof in de verbrandingsruimte. 8200417 *- **» -9- 22337/Vk/rab

9. Vergasser volgens conclusies 1-8, met het kenmerk, dat de buis boven het kegelvormigë lichaam is voorzien van armen voor het gelijkmatig verdelen van de toe te voeren brandstof.

10. Vergasser volgens conclusies 1-9, met het kenmerk, dat de 5 reduetiezone is begrensd door een cylindrische ring op de binnenwand van de gasafvoerleiding ter vorming van een isolerende sluitwand rond de reduetiezone.

11. Rooster voor vergasser volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de onderste ringen aan de omtrek dragend zijn bevestigd aan de cylin- 10 drische ring of aan de cylindermantel, met een opening in het midden die dient als lager voor de as, en de bovenste ringen roteerbaar zijn, met behulp van de aS.

12. Inrichting voor het winnen van energie door het vergassen van vaste brandstof bestaande uit een vergasser, warmtewisselaar, carburator, 15 motor en generator, met het kenmerk, dat een vergasser is toegepast zoals beschreven in conclusies 1-11.

13. Inrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat tussen de vergasser en de warmtewisselaar een cycloon is geplaatst voor het verwijderen van resterende asdeeltjes uit het produktgas.

14. Inrichting volgens conclusies 12-13» met het kenmerk, dat de toevoer van verbrandingsgas aan de vergasser is verbonden met de afvoer van verwarmd gas uit de warmtewisselaar.

15. Inrichting volgens conclusies 12-14, met het kenmerk, dat de onderzijde van de warmtewisselaar is verbonden met een waterfilter, voor- 25 zien van een opvangvat voor teerresten.

16. Werkwijze voor het zuiveren en afkoelen van produktgas, verkregen uit de vergasser, zoals beschreven in conclusies 14 en 15, met het kenmerk, dat het toegevoerde verbrandingsgas wordt voorverwarmd in de warmtewisselaar, waar het verbrandingsgas in tegenstroom met het 30 produktgas wordt verwarmd en het produktgas wordt gekoeld.

17. Werkwijze volgens conclusie 16, met het kenmerk, dat produktgas van de warmtewisselaar via een waterfilter wordt ontdaan van teer- en vliegasresten en na een condenswateropvangorgaan en een carburatiesysteem naar de motor wordt gevoerd.

18. Inrichting volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de motor een dieselmotor is die bij continu bedrijf van de generator naast het produktgas ook kan worden gevoed met brandstofdiesel. 8200417 -10- 22337/Vk/mb V* N

19. Inrichting volgens conclusies 12-15 en 18, met het kenmerk, dat aan het waterfilter een automaat is geplaatst voor het afvoeren van condenswater. Eindhoven, februari 1982 8200417