WO1994018287A1 - Kontinuierliche entgasung und/oder vergasung eines festen brennstoffs oder abfallstoffs - Google Patents

Kontinuierliche entgasung und/oder vergasung eines festen brennstoffs oder abfallstoffs Download PDF

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    • F28F21/083—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from steel or ferrous alloys from stainless steel

Definitions

  • the invention relates to the degassing and gasification of solid carbon-containing fuels and waste materials and an apparatus suitable for this, which meets the various ecological and operating conditions, for the continuous provision of a gaseous secondary fuel.
  • the invention relates to a process for the continuous, at least partial conversion of a solid, lumpy fuel or combustible waste material into a gaseous fuel by presorting, processing, at least partially degassing and / or at least partially gasifying in a vertical-axis shaft-like reactor , the starting material in the form of a feed column sliding downwards successively comprising a preheating and drying zone, a degassing zone, an oxidation zone and a reduction zone passes through, the preheated gaseous gasifying agent is injected centrally into the lower part of the interior of the charging column and the gaseous and vaporous reaction products produced by degassing and gasification, which finally form the desired gaseous fuel, are descending vertically with direct current to the charging column guided at the bottom, diverted upwards and directed vertically upwards on the outside of the reactor wall in a countercurrent to the charging column.
  • the invention further relates to a device for carrying out the method of at least partial degassing and / or at least partial gasification of a pre-sorted, prepared solid lumpy fuel or combustible waste material, the device consisting of a vertical-axis shaft-like reactor with a gas-tight charging device and gas-tight ash discharge or slag discharge device, further comprising an introduction of the gaseous gasifying agent and a discharge of the gaseous fuel to be produced, as well as heat exchangers, in such a way that one reactor shaft, at least partially provided with a highly refractory lining, and one towards the bottom increasing refractory ceramic stove, the underside of which can be locked with a vertically displaceable, rotatable ceramic counterpart which acts as a grate with a variable passage cross section triple cylindrical jacket and a freely movable reactor shaft suspension is provided.
  • Methods and devices for continuous or intermittent degassing and gasification of solid fossil fuels are in the form of gas generators, Holzverga ⁇ er and other devices and the processes carried out with it in very large numbers known.
  • the ascending gasification in countercurrent to the feed column is mostly used, while for the gasification of wood and peat, which provide a high proportion of condensable constituents (tars, alcohols, acetic acid etc.) , descending gasification in co-current to the feed column is preferred.
  • the so-called grate serves as the closing element - a so-called grate, which falls through the ashes or flows off the slag or, if necessary, lets the high-carbon components (coke, charcoal) that are not gasified be discharged.
  • Numerous grate constructions, including rotary grates, have become known, which were mostly made of metallic materials and could not be fully satisfied due to their limited heat resistance and insufficient high-temperature corrosion resistance.
  • the problem has been solved in a good approximation by a rotatable, conical ceramic body.
  • the throughput of the primary fuel can be regulated within wide limits by the annular gap formed by this body together with the hearth and intended for the discharge.
  • Executed gas generators for wood as an insert usually work in direct current with descending gasification and use the jacket for the limited preheating of the air which is usually used as a gasifying agent. Additional air preheating devices in the area of the range have also been proposed, or attempts have been made to keep the latter below tolerable temperatures by means of special cooling air.
  • Central air supply pipes for introducing the gasifier into the interior of the charging column from above, from the side or from below have already been implemented. However, their approval failed because of an impermissible hindrance to the downward movement of the feed and led to blockages, channel formation or the notorious "hanging" of the latter.
  • An effective one Air preheating in the central air supply pipe has only been attempted in exceptional cases and generally referred only to a partial air flow.
  • the discharge organs were often poorly designed and hardly allowed the behavior of the loading column to be influenced in order to achieve optimal mechanical and thermodynamic conditions.
  • the aforementioned methods and devices were therefore unable to displace the traditional chamber furnaces of the gasworks and coking plants and the traditional coal kiln.
  • waste incineration plants Because of its partly toxic emissions, this process now also runs the risk of getting into trouble.
  • waste incineration plants In addition to the poor utilization of the thermal energy that arises, such plants increasingly have to use complex catalysts. ⁇ ator batteries and other gas cleaning and gas conversion devices are equipped. The changeover to other combustion methods is therefore currently an imperative.
  • Cations and Kataly ⁇ atorbatterien provides a purest possible, gaseous fuel that can be used directly for motor, chemical, metallurgical or heating purposes.
  • the process should be as efficient as possible and make maximum use of the exergy content of the primary energy source while avoiding the usual losses.
  • the device is said to be particularly suitable for processing organic waste such as rubbish, garbage, sewage sludge, wood and paper waste, etc. and to enable rapid adaptation to the various input materials without loss of time or interruption of operation.
  • the gaseous gasification agent is initially guided and heated at high speed in a helical, downward movement in countercurrent to a corresponding upward helical movement of the gaseous fuel produced within the jacket section of the shaft-like reactor is also passed in a helical motion through the interior of a stove body with high heat capacity and further heated, is deflected vertically upwards at the lower end of the reactor and after passing through an artificially extended section with simultaneous further heating from below into the lower part of the charging column projecting central body is injected into the latter, and that the generated gaseous fuel leaving the charging column through an annular passage downwards ejected, deflected and guided and cooled at high speed in countercurrent to the gasification agent and that the high heat capacity of the hearth body for bridging interruptions in operation and for carrying out a certain temperature program-related intermittent processes superimposed on the continuous process is used.
  • the object is further achieved in that in the above-mentioned device for supplying the gaseous gasification agent between its introduction and its ejection into the charging column, a series of cylinders, which are arranged in series in the falling direction and are arranged one after the other, essentially consisting of cylindrical or conical basic forms of existing heat exchangers are provided, and that a ceramic central body for guiding and injecting the gaseous gasification agent is provided from below into the lower part of the charging column, which projects comparatively deep into the latter.
  • FIG. 2 shows a schematic longitudinal section (vertical section) through the basic structure of the device with the streams of the gaseous media (perspective),
  • Fig. 4 is a schematic vertical section through the
  • Fig. 5 shows a schematic vertical section through the Jacket section of the reactor shaft with a second embodiment of the heat exchanger
  • Fig. 6 is a perspective view of a first
  • FIG. 7 is a perspective view of a second embodiment of the full cone as a counterpart, stove top and roet with guidance of the gasification means
  • FIG. 8 shows a schematic longitudinal section of a pipe connection for circulating gas guidance, additionally with a heat exchanger
  • Fig. 9 shows a longitudinal section (vertical section) through a
  • Fig. 10 is a longitudinal section (vertical section) through a
  • 1 is a basic schematic representation of the material flows of the process (flow diagram). It is a specifically organized treatment and processing of essentially carbon-containing primary energy sources with the greatest possible consideration of ecological and economic conditions (environmental conditions).
  • the method consists principally in separating, reading out and separating out the resulting starting materials, branching off non-combustible materials, processing and mixing the real primary energy sources pre-concentrated in this way in one Intermediate product, optionally comminuting or vice versa compacting for the production of a lumpy feed suitable for further processing for a thermal reactor and degassing or gasification of the latter to a gaseous secondary fuel.
  • 2 shows a schematic longitudinal section (vertical section) through the basic structure of the device with the flows of the gaseous media (in perspective).
  • 2 is the introduction of the gaseous gasifying agent (in the present case, preferably atmospheric air) into the shaft-like reactor 3 (in essentially a cylindrical wall), also abbreviated as reactor shaft.
  • the flow of the gasification agent is consistently shown as a full solid line, that of the gaseous secondary fuel produced is shown as a broken, dash-dotted line.
  • 4 is the outer jacket of the shaft-like reactor, 5 the discharge of the gaseous fuel to be generated.
  • 6 represents the helical guidance (trajectory) of the gaseous gasification agent in the jacket section of the reactor.
  • 7 is the corresponding, locally interposed helical guidance of the gaseous fuel in the jacket section, which takes place in counterflow to FIG. 6. It is therefore a heat transfer along a helical heat exchanger, the flow of the gasifying agent being heated (preheating) and that of the gaseous fuel being cooled becomes.
  • the stove or specifically the refractory ceramic stove body is designated.
  • 9 is the helical guidance of the gasification medium in the hearth body 8 for the purpose of further heating.
  • 10 represents a full cone as a counterpart to the cooker, stove lock and roaster, which projects into the charging column from below.
  • the solid cone 10 is rotatable about its axis and vertically displaceable in its longitudinal direction.
  • 11 is the feed of the gasification agent into the full cone 10, which is directed vertically upwards
  • the helical guide and the arrow 13 is the vertical ejection of the gasification agent from the full cone (injection into the interior of the feed).
  • 14 represents the gaseous fuel which is generated in the feed and flows vertically downwards. The latter is deflected and directed vertically upwards between the hearth 8 and the outer jacket 4.
  • the annular passage 15 forming the grate, the cross section of which can be adjusted.
  • 16 is the discharge of solid and / or liquid reaction products which, depending on the operation, consists of ash, slag and solid distillation residue (coke, semi-coke, charcoal, partially degassed carbon-containing product).
  • FIG. 3 shows a simplified longitudinal section (vertical section) through the device.
  • the reference numerals 1, 2, 3, 4, 5, 8, 10, 11, 13 and 16 correspond exactly to those in FIG. 2.
  • a loading device with gas-tight feed locks 51 in the form of slides lying in horizontal planes that can be opened or closed linearly or rotatably.
  • the feed slides down by gravity vertically within the circular cross section of the cylindrical wall of the shaft-like reactor 3.
  • a heat exchanger consisting of a helical channel 21 for the gasifying agent and a channel 22 for the gas fuel.
  • the channels 21 and 22 in helical form are nested one inside the other in the manner of a two-start thread and the gas-shaped media flow through them in the opposite direction.
  • the flow of the gasification agent is directed downwards, that of the gaseous fuel upwards.
  • the full lines 6 relate to gasification means, the broken lines to the gaseous fuel.
  • the lower part of the reactor shaft 3 has a refractory lining 17, while the outer jacket 4 is provided with a heat-insulating layer 28 over its entire length.
  • the fire-resistant hearth body 8 has a double-conical concave inner profile 18 with narrowing and is equipped along the latter with at least one conical-helical channel 25 for the gasification agent in the form of a downward-turning turning ice.
  • This coil serves at the same time to preheat the gaseous gasifying agent and to cool the hottest zone of the stove body 8.
  • the latter is provided with a heat-insulating layer 29 on all sides on its outer boundary surface in order to reduce heat losses.
  • the gasification means (upward feed 11) arrives via a flexible connecting piece (not specified in any more detail) into the feed pipe 19 carrying the full cone 10 as a counterpart.
  • the coaxial shaft 20 which is mounted in vertical bearings, is provided. This is both rotatable and vertically displaceable.
  • the relevant drive mechanisms have been omitted for the sake of clarity.
  • the gaseous fuel 14 (dash-dotted arrow) generated in the feed and flowing vertically downward passes the annular passage 15 which forms the grate between the cooker 8 and the counterpart (in the present case full cone 10), undergoes a deflection 26 below the cooker / roaster - Batch and gets into the hollow cylindrical space 27 between stove 8 and outer jacket 4, where it is guided vertically upwards.
  • the gaseous fuel is introduced into the helical channel 22 in the jacket section of the reactor.
  • the solid and liquid reaction products (ash, slag, distillation residues) fall vertically downward (indicated by the vertical dashed arrow discharge 16) into the container 31 provided for this purpose.
  • Fig. 4 relates to a schematic vertical section through the jacket section of the reactor shaft with a first embodiment of the heat exchanger.
  • the channels for the gaseous media which are designed as helices, are nested one inside the other on the principle of a two-start thread. This takes place in the helical channel 21 for the gasification agent Flow perpendicular to the plane of the drawing towards the viewer, which is indicated by the profile of arrowhead 6 (ring with point).
  • the flow takes place perpendicular to the plane of the drawing away from the viewer, which is shown by the profile of the arrow end 7 (ring with cross, drawn in dashed lines).
  • the gaseous media are thus guided in opposite directions (countercurrent principle), so that optimal heat transfer is ensured and the gaseous fuel produced leaves the reactor at the lowest possible temperature.
  • Average speeds of the gaseous media of approximately 3 m / s are aimed for. 28 is the heat-insulating layer of the outer jacket 4.
  • FIG. 5 shows a schematic vertical section through the jacket section of the reactor shaft with a second embodiment of the heat exchanger.
  • the channels for the gaseous media which are designed as helices, are put over one another on the principle of two radially arranged threads (external thread + internal thread).
  • the helical channel 21 for the gasification agent is axially offset by half the pitch relative to the channel 22 for the gaseous fuel, in order to make the construction more favorable in terms of strength on the one hand and freedom from tension on the other hand.
  • the statements made under FIG. 4 apply. This is also the countercurrent principle.
  • the function of thermal insulation Insulating layer 28 goes without saying.
  • FIG. 6 relates to a perspective representation of a first embodiment of the full cone as a counterpart, stove top and roast with guidance of the gasifying agent.
  • 10 represents the full cone, which acts as a counterpart, stove top and roast and projects from below into the interior of the lowermost part of the charging column.
  • the full cone 10 has cavities for guiding and further final heating of the gasifying agent (usually air).
  • the gasifying agent usually air
  • the cross-section can also have a different shape, e.g. which have a hexagon or quadrangle etc.
  • 34 is the inlet opening located on the lower end face of the full cone 10, 24 the outlet opening opposite the cone tip for the gasifying agent.
  • the illustration is deliberately chosen so that the full cone 10 appears transparent, while the channel 23 acts like a filament made of solid material. This corresponds to the hollow shape required on the one hand in the production of the ceramic body and the
  • FIG. 7 shows a perspective view of a second embodiment of the full cone as a counterpart, stove top and grate with guidance of the gasification agent.
  • 10 represents the full cone, the functions of which are identical to those described in FIG. 6.
  • the only contiguous cavity for guiding the gasification agent here has the shape of a wave-shaped channel 35 lying on a virtual conical surface with a circular cross-section.
  • 34 and 24 correspond to the reference symbols of FIG Fig. 6.
  • the representation of the full cone 10 as a hollow shape and the channel 35 as a solid core also corresponds to that of Fig. 6. The same applies to what has been said about channel cross sections.
  • FIG. 8 shows a schematic longitudinal section of a pipe connection for circulating gas guidance, in addition with a heat exchanger.
  • the reference symbols 3, 10, 18 and 27 correspond exactly to those in FIG. 3.
  • the dash-dotted arrow 36 means the circulation gas is withdrawn from the lower part of the charging column (in the present case in the lower part of the hearth space).
  • the circulating gas is used for more effective heating of the feed.
  • 37 represents the return of circulating gas to the upper part of the charging column.
  • 38 is the corresponding pipeline for the circulating gas.
  • 39 is the required hot gas blower that is designed for a temperature of at least 800 ° C. It advantageously has a rotor made of highly refractory ceramic material with high heat resistance and high temperature corrosion resistance.
  • the pipeline 38 and the hot gas blower 39 are provided with a thermally insulating cladding.
  • a counterflow heat exchanger 41 for circulation gas is additionally shown as an option. It consists of two chambers separated by a heat-conducting partition 44 and is used, if necessary, for further heating of the recycle gas 42 (dash-dotted arrow).
  • the heating gas 43 moves in countercurrent to the latter (dashed arrow).
  • the heating gas can be a specially provided fuel gas or a high-temperature exhaust gas.
  • the heat flow 0 is indicated by the arrow 45.
  • This additional device can be used to increase the performance and efficiency of the entire system.
  • 9 shows a longitudinal section (vertical section) through an embodiment of the hearth / roasting section with a fixed conical central body.
  • the hearth 8 consists of two rotationally symmetrical ceramic parts arranged coaxially to one another.
  • the outer part has a cylindrical outer surface and a double-cone-shaped inner profile 18.
  • the inner part is cylindrical in the lower part and conical in the upper part and has a central channel for guiding the gasification means.
  • At the tip of the cone of this central body there is the outlet opening 46, which points vertically upward, for the gasifying agent.
  • the hollow-cone-shaped ring body 47 delimited by an outer cone and an inner cylinder, as a counterpart, hearth end and roet.
  • the ring body 47 is rotatably and vertically displaceably mounted (not shown) and, together with the lower part of the outer part of the cooker 8, forms an annular passage 15 which forms the roe and through which the solid and liquid reaction products are discharged .
  • Both the outer part and the inner part (central body) of the cooker 8 preferably have a helical channel (helix) for the gasification agent similar to FIG. 3 (25 and 23) (not shown in this figure).
  • the hearth 10 is a longitudinal section (vertical section) through an embodiment of the hearth / grate section with a fixed parabolic central body.
  • the shaft-like reactor 3 and its outer jacket 4 correspond exactly to the structure according to FIGS. 9 and 3, respectively.
  • the hearth 8 here consists of two rotationally symmetrical ceramic parts arranged coaxially to one another, of which the outer part is a hollow cylinder.
  • the inner part is conical in the lower part, in the upper paraboloid and has a central channel with branches for guiding the gasification means. Thanks to this design of the hearth, the cross section of the charging column is not narrowed radially inwards but radially outwards as it moves downward.
  • the central part of the cooker 8 In contrast to conventional geometry, there is a parabolic / conical convex inner profile 48 of the central part of the cooker 8 with a peripheral narrowing of the throughput cross section. 49 is an outlet opening for the gasification agent in the central part of the cooker 8.
  • 50 is a hollow cone-shaped ring body bounded by an outer cylinder and an inner cone as a counterpart, stove top and grate.
  • the ring body 50 is rotatably and vertically displaceably mounted (not shown) and, together with the lower part of the inner part (central body) of the cooker 8, forms an annular, adjustable passage 15.
  • the outer and inner part of the cooker 8 is preferably one Screw-shaped duct (spiral) equipped for heating the gasifying agent (not shown).
  • the plant was intended for the continuous gasification of waste wood.
  • the gas generator essentially consisted of the cylindrical shaft-like reactor 3, the outer jacket 4 and the double-cone-shaped hearth 8 with the following dimensions:
  • Max-internal hearth diameter 750 mm
  • Minimum inner hearth diameter 275 mm
  • the shaft-like reactor 3 and the inner wall of the outer casing 4 corrosion-resistant, austenitic Cr / Ni steel was used throughout as a sheet of 10 mm thickness. The same applies to the supporting sheet-metal jacket enclosing the ceramic hearth 8.
  • the insulating layer 28 of the outer jacket 4 was made of ceramic wool based on Al-O ⁇ base.
  • the outer cladding of the outer casing 4 was made of low-carbon steel sheet 3 mm thick.
  • the helical channels 21 and 22 measuring 180 mm ⁇ 180 mm were arranged according to FIG. 5 and, together with the heat-conducting intermediate wall 33, were made of 4 mm thick Cr / Ni steel sheet.
  • the part of the reactor 3 lying above the hearth 8 was coated on the inside with 5 mm Al-, 0_ (lining 17).
  • the ceramic hearth body 8 consisted of a high-alumina fired ramming mass, in which there is a conical helical channel 25
  • the average velocity of the gasifying agent air was approx. 13 m / s in channel 25.
  • the cylindrical outer wall of the hearth body 8 was protected by a heat-insulating insulating layer 29 made of ceramic wool with a radial thickness of 50 mm.
  • the full cone 10 as a counterpart, stove top and roast had an opening angle of 60 and a largest diameter of 620 mm. It was made of high alumina
  • the gas generator was also equipped with a gas-tight charging device consisting of a shaft-like structure with two charging locks 51 designed as slides. Carbon steel of approx. 10 mm thickness was used for all these parts. The same applies to the part of the container 31 adjoining the reactor for solid and liquid reaction products such as ash, slag and, if appropriate, distillation residues (charcoal, coke, semi-coke).
  • the actual shaft-like reactor 3 was only firmly connected to the outer jacket 4 in the uppermost part, so that it could extend freely in all directions.
  • Insert material waste wood
  • Piece size of the insert 30 - 90 mm
  • a system was provided for the continuous gasification of lumpy, organic waste such as plastic, composite material, old cardboard etc.
  • the gas generator consisted essentially of the same components as in Example 1 (reactor 3, outer jacket 4, stove 8) and had the following dimensions:
  • Thickness of the outer jacket insulation 125 mm
  • Opening angle of the tapered cone 45 °
  • Opening angle of the expanding cone 70 °
  • Example 2 For the load-bearing components of the reactor 3 and the outer jacket 4 and the hearth casing, Cr / Ni steel of 14 mm thickness was used as in Example 1. Ceramic wool was also used for the heat-insulating layers 28, 29 and 30.
  • the helical Channels 21 and 22 were arranged according to FIG. 4, had a radial width of 500 mm and a height of 230 mm and consisted of 5 mm thick Cr / Ni steel sheet.
  • the hearth body 8 consisting of Al-0 like a helical channel 25 of a total of 4 turns and one
  • Gasification medium speed was approx. 15 m / s.
  • the full cone 10 had an opening angle of 70 and a largest diameter of 880 mm. He was from A1_0_. manufactured and wie ⁇ a conical-wavy channel
  • example 1 As for the loading device and the discharge of the reaction products, example 1 is used. In accordance with the larger dimensions, a sheet thickness of 14 mm for the carbon steel used was selected. The gas generator was supported or suspended in the frame as in Example 1.
  • Feed material (primary fuel): lumpy organic
  • Piece size of the insert 20 - 60 mm
  • the plant was designed for the continuous gasification of compacted sewage sludge and similar waste materials originally produced in fine form.
  • the starting material was first predried in air and then further dewatered under high pressure and pressed into oval briquettes.
  • the basic structure of the gas generator corresponded to that of Example 1. The main dimensions were as follows:
  • Inner diameter of the outer casing 3200 mm
  • an austenitic, stable ⁇ iert Cr / Ni / Mo steel of 20 mm thickness is used for the main components of the reactor 3, the outer casing 4 and the casing of the cooker 8 exposed to high temperatures.
  • the heat-insulating layers 28, 29 and 30 consisted of high-alumina ceramic fiber for operating temperatures up to 1800 ° C.
  • the helical channels 21 and 22 were arranged according to FIG. 5 and, like the intermediate wall 33, were made of Cr / Ni / Mo steel sheet 6 mm thick. They had a radial width of 375 mm and an axial height of 750 mm.
  • the hearth 8 consisting of A1_0_ was assembled from several ring-segment-shaped sintered parts which were connected to one another in a highly elastic manner by means of ceramic adhesive with the interposition of thin layers of Al 2 O.
  • the hearth 8 was broken through by a helical channel 25 of a total of 3 turns with a circular cross section of 5.6 dm 2.
  • the average velocity of the gasification means, based on the normal state, was approximately 25 m / ⁇ .
  • the full cone 10 had an opening angle of 65 and a largest diameter of 1300 mm. It consisted of Al-0 ⁇ . and had a tapered helical channel 23
  • Example 1 With regard to the additional construction elements, reference is made to Example 1.
  • the sheet thicknesses were generally chosen to be approximately 18 mm for the construction material carbon steel.
  • Feed material (primary fuel): briquetted sewage sludge Throughput of primary fuel: 1600 kg / h Piece size of the insert: 50 mm
  • rotors made of ceramic material such as silicon nitride, silicon carbide or composite ceramics can be used for even higher temperatures. Since the circulating gas is removed 36 in the ember bed of the charging column, the gas removed is largely free of tars, tar distillates, phenols, alcohols and acetic acid, so that serious high-temperature corrosion problems need not be expected. However, if the gas contains non-negligible amounts of sulfur, it must be nickel-free, but high-chromium-containing materials are used.
  • E ⁇ was designed for the continuous gasification of lump raw lignite.
  • the basic components of the gas generator were the same as in Example 1. The dimensions are listed below:
  • Inner diameter of the outer casing 5500 mm
  • Diameter of the fixed central body 1440 mm Ma ⁇ .imale radial width of the ring-shaped
  • Opening angle of the tapered cone 35 °
  • Opening angle of the expanding cone 45 °
  • the components of the reactor 3, the outer jacket 4, the casing de ⁇ Stoves 8 and the helical channels 21 and 22 were made from a ferritic high-chromium iron base alloy with high oxidation, scale and corrosion resistance doped with aluminum and silicon additives.
  • the load-bearing parts were made of sheets of 30 mm, the heat exchangers of 10 mm thick.
  • the heat-insulating layers 28, 29, 30 and 40 consisted of Al_0 ⁇ felt materials with a certain inherent strength.
  • the helical channels 21 and 22 were nested according to FIG. 4, arranged analogously to Example 2.
  • the hearth 8 according to FIG. 9 consisted of two parts, a peripheral part with a double-conical concave inner profile with narrowing and a central body which was cylindrical in the lower part and conical in the upper part. Both parts were provided with helical channels for the gasification means (not shown in FIG. 9) (analogous to reference numerals 25 and 23 in FIG. 3).
  • the channel in the peripheral part of the cooker 8 had a circular cross
  • the hollow cone-shaped ring body 47 (outer cone) inserted between the two parts of the hearth, rotatable and vertically displaceable, serving as a counterpart, hearth end and ro ⁇ t, was made of sintered silicon carbide in view of the requirement for high heat resistance, hardness and wearability.
  • the pipeline 38 had a cross section of 40 dm, so that the average gas velocity, based on the normal state, was 10 m / s.
  • Heat exchanger 41 was ferritic Cr / Al steel from
  • the rotor of the hot gas blower 39 was made of a hard ferritic Cr / Al / Si / Fe alloy.
  • the additional construction elements were made from low-carbon steel sheet of approx. 25 mm thickness. E ⁇ is referred to the description under Example 1.
  • Feed material (primary fuel): lumpy raw brown coal (dry) throughput of primary fuel: 6000 kg / h
  • Piece size of the insert 30 - 140 mm
  • the plant was designed for the continuous degassing of lumpy hard coal.
  • the hard coal had a content of approx. 15 to 20% volatile components.
  • a strong gas with a comparatively high calorific value was produced.
  • the degassing process was carried out at a maximum temperature in the range of 550 ° C.
  • an excess of oxygen was used, i.e. practically gasified in order to bring the feed to the reaction temperature.
  • the supply of oxygen was throttled down so much that only the heat balance (heating of the charge, endothermic chemical reactions) was compensated for in the case of oxygen deficiency. This corresponded to approximately 10% of the amount of normal gasification air. Care was taken to ensure good heat exchange and extensive heat recovery.
  • the main dimensions of the gas generator were as follows:
  • Inner diameter of the outer jacket 3200 mm
  • Total height of the shaft without loading and unloading device (active part) 6000 mm
  • the heat-insulating layers 28, 29, 30 and 40 consisted of ceramic facade mats.
  • the helical channels 21 and 22 were arranged according to FIG. 5 and consisted of an intermediate partition wall 33 made of 6 mm thick Cr / Ni steel sheet. They had a radial width of 350 mm and an axial height of 475 mm.
  • the peripheral part of the hearth 8 consisted of several sintered full A1_0 rings and had no channels.
  • the central body of the cooker made of ramming mass was made with a helical channel for the gasification means (not shown in FIG. 10) (in the present case only in a very reduced amount)
  • Stove-inserted hollow cone-shaped ring body 50 (InnerNennenkkeeggeell)) had a tea angle of 45 ° and consisted of sintered silicon carbide
  • the gas generator was equipped with a device for circulating gas including a heat exchanger according to FIG. 8 (reference numbers 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42,
  • Example 4 Gas velocity was 10 m / s.
  • Example 4 A common Cr / Ni steel was used as the material.
  • Example 1 for the remaining construction elements. They consisted exclusively of ordinary soft carbon steel of approximately 18 mm in thickness
  • Feed material (primary fuel): lumpy hard coal
  • Piece size of the insert 20-75 mm
  • hard coal, lignite or wood is used as the starting material and the process is carried out with a lack of oxygen in such a way that the degassing predominates and the gasification recedes and at optionally adjustable maximum temperatures of 500 to 200 1100 C in addition to the high-quality gaseous fuel 5 of high calorific value as a further product, a distillation residue 16 containing high carbon is produced in the form of coke, semi-coke or charcoal.
  • any carbon-containing fuel or waste material is used as the starting material and the process is carried out with sufficient oxygen so that the gasification predominates and, when the latter is carried out, a maximum temperature in the charging column of min - Desten ⁇ 1200 ° C is set, whereby all condensable higher carbon compounds such as tars, phenols, acetic acid, alcohols thermally decomposed, pyrolytically cleaved and converted into flammable stable gases such as C0, H_ and CH.
  • a carbon-containing fuel and predominantly a waste material which can contain Cl, F, Zn, Cd and / or Hg, as well as garbage, rubbish, sewage sludge in lumpy and / or briquetted or pelletized form or in as a starting material some other compact form with or without a binder is used and the gasification is carried out at a maximum temperature in the charging column of at least 1500 ° C. or at least above the evaporation temperature of the said toxic heavy metals under reducing conditions, the heavy metal vapors being condensed and branched off from a template or chemically bound by addition in the feed and discharged into the slag or ash.
  • part of the gaseous fuel produced is branched off 36 from the lower part of the charging column, optionally additionally heated with the addition of heat 45, and injected 37 as circulating gas 42 into the upper part of the charging column for the purpose of heat transfer, 37, and further
  • H or O steam is injected continuously or intermittently into the hottest zone of the ember bed of the charging column, the calorific value of the gaseous fuel to be produced being increased in extreme cases up to values of a strong gas.
  • the device for carrying out the method of at least partial degassing and / or at least partial gasification of a pre-sorted, prepared solid lumpy fuel or combustible waste material consists of a vertical-axis shaft-like reactor 3 with a gas-tight charging device 51 and gas-tight ash discharge or slag discharge.
  • a reactor shaft 3 at least partially provided with a highly refractory lining 17 and a highly refractory ceramic stove having a narrowing constriction 8, whose underside with a grate with variable bar, a vertically displaceable, rotatable ceramic counterpart that acts vertically, has a triple cylindrical jacket 4 and a freely movable reactor shaft suspension, and for the supply of the gaseous gasification agent between its introduction 2 and its discharge 13 in the charging column is provided with a series of heat exchangers, which are arranged one after the other in accordance with increasing temperature and are arranged locally in falling direction, essentially consisting of cylindrical or conical basic shapes, and a ceramic central body for guiding and injecting the gaseous gasification agent into the lower part of the charging column from below, which extends comparatively deep into the latter.
  • the cooker 8 has a radially inward narrowing with a double-conical inner profile, the charging column in the cooker area filling the cross-section of a full circle with decreasing diameter at every level, and the ceramic central body simultaneously provides the rotatable and vertically displaceable Counterpart in the form of a full cone 10 with at least one feed channel for the gas-like gasifying agent.
  • the hearth 8 has a radially outward narrowing with a conical or paraboloidal inner body, the charging column in the hearth area filling the cross-section of a circular ring with increasing inner diameter at every level, and there is also a guide the central body serving the gaseous Verga ⁇ ungsstoff solid and is part of the cooker 8, and because the ceramic counterpart serving the stove, the Fo.rm has a hollow cone-shaped ring body with outer cone 47 or inner cone 50, is rotatable and vertically displaceable and has no channels.
  • the highly refractory ceramic hearth body 8 is preferably equipped with cavities for guiding the gaseous gasification means, which represent at least one screw-line channel 25 on a virtual double-cone surface or cylinder surface, the cross-section of which is dimensioned such that the speed of the medium flowing through it is at least 5 m / ⁇ .
  • the central body which serves, among other things, to guide the gas-like gasification means, is advantageously provided with cavities in the form of at least one conical helical line 23 or at least one wavy line 35 wound on a virtual cone surface and exists for the purpose of good heat ⁇ line made of a ceramic material with high thermal conductivity and is clad on its lower end face to reduce heat losses with a heat-insulating layer 30.
  • the hearth body 8 is structurally of such a voluminous design that it has a high heat capacity and consists of a material of high specific heat such as high-carbon ramming mass, into which reinforcement consisting of rings and radial spokes is made of a material of high thermal conductivity (such as silicon carbide) is embedded in the hearth body 8 and vice versa for the purpose of better radial heat conduction from the ember bed of the feed.
  • the device is generally designed in an advantageous manner in such a way that the jacket part 4 of the reactor shaft 3 is equipped with a heat-insulating layer 28 forming the outer skin and that between the outer jacket 4 and the actual reactor wall 3 consist of helical elements ⁇ the counter flow heat exchanger for heat transfer from generated gaseous fuel is located on the gaseous gasifying agent, in such a way that helical channels flow through either nested, nested, alternating between one and the other gaseous medium in the opposite direction at a speed of at least 3 m / ⁇ 21; 22 are present or there are corresponding helical channels 21; 22 are present, those for the gaseous gasification agent being outside, those for the gaseous fuel generated being inside and being separated by a heat-conducting intermediate jacket 33.
  • the method enables the highest possible energy conversion efficiencies to be achieved thanks to optimal heat recovery.
  • the process allows the greatest possible breadth of the process control, starting from low-temperature degassing to high-temperature gasification, including all possible combinations, both continuously and successively intermittently.
  • the process provides a gaseous secondary fuel of high purity and makes the installation of additional devices such as gas cleaners and catalysts unnecessary.
  • the device can be used universally and can be used for processing and converting a wide variety of primary fuels and waste materials from hard coal through the wood to waste and sewage sludge.
  • the device in its complete version can be operated either for the production of a weak gas or a strong gas and permits the short-term changeover from one mode of operation to the other without any modification and additional devices.
  • the construction of the device is simple and does not place high demands on its maintenance.
  • the device can be manufactured and assembled in an economical manner according to the modular principle from the simplest, most primitive basic form to the most highly developed design for special purposes.
  • the device can be designed for a wide chemo-thermal power range of gases from 500 kW to 20,000 kW.

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Vergasung/Entgasung eines stückigen, sortierten und aufbereiteten Brennstoffs/Abfallstoffs in einem schachtartigen Reaktor (3), wobei Beschickung, gasförmiges Vergasungsmittel und erzeugter gasförmiger Brennstoff im Gleichstrom absteigend geführt werden und das Vergasungsmittel (6) in einem sich in der Mantelpartie befindlichen schraubenlinienförmigen Gegenstrom-Wärmeaustauscher (21; 22) vom gasförmigen Brennstoff (7) vorgewärmt und in schraubenlinienförmigen oder wellenförmigen Kanälen (25; 23; 35) im keramischen Herdkörper (8) und in einem als Herdabschluss dienenden beweglichen oder festen, in die untere Partie der Beschickung hineinragenden kegel- oder paraboloidförmigen Zentralkörper (10) weiter aufgeheizt wird. Der Rost wird durch ein einen Vollkegel (10) oder einen hohlkegelförmigen Ringkörper (47; 50) darstellendes, drehbares, vertikal verschiebbares Gegenstück gebildet, das gegenüber der unteren Herdpartie einen einstellbaren ringförmigen Durchlass (15) zum Abzug des erzeugten gasförmigen Brennstoffs (14; 26) und zum Austrag (16) der festen oder flüssigen Reaktionsprodukte in Form von Asche, Schlacke, Destillationsrückstände offen lässt.

Description

KONTINUIERLICHE ENTGASUNG UND/ODER VERGASUNG EINES FESTEN BRENNSTOFFS ODER ABFALLSTOFFS
Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Ueberfüh¬ rung eines festen stückigen Brennstoffs oder Abfallstoffs in einen gasförmigen Brennstoff durch Entgasung und/oder Vergasung in einem schachtartigen Reaktor
Technisches Gebiet
Entgasung und Vergasung von festen organischen Energie¬ trägern zwecks Ueberführung in gasförmige Energieträger.
Die Erfindung bezieht sich auf die Entgasung und Vergasung von festen kohlenstoffhaltigen Brenn- und Abfallstoffen und eines dazu geeigneten, den verschiedenen ökologischen und Betriebsbedingungen gerecht werdenden Apparates zur kontinuierlichen Bereitstellung eines gasförmigen Sekundär¬ brennstoffs .
Im engeren Sinne betrifft die Erfindung ein Verfahren zur kontinuierlichen, mindestens teilweisen Ueberführung eines festen stückigen Brennstoffs oder brennbaren Abfall¬ stoffs in einen gasförmigen Brennstoff durch Vorsortie¬ rung, Aufbereitung, mindestens teilweise Entgasung und/ oder mindestens teilweise Vergasung in einem vertikal- achsigen schachtartigen Reaktor, wobei das Ausgangsmate¬ rial in Form einer nach abwärts rutschenden Beschickungs- säule sukzessive eine Vorwärmungs- und Trocknungε-, eine Entgasungs-, eine Oxydations- und eine Reduktionszone durchläuft, das vorgewärmte gasförmige Vergaεungsmittel zentral in die untere Partie des Inneren der Beschickungε- säule injiziert wird und die durch Entgasung und Vergasung erzeugten, schliesslich den gewünschten gasfö.rmigen Brenn¬ stoff bildenden gas- und dampfförmigen Reaktionsprodukte ±m Gleichstrom zur Beschickungεεäule vertikal abεteigend nach unten geführt, nach oben umgelenkt und auf der Aussen* εeite der Reaktorwand streichend vertikal im Gegenstrom zur Beschickungssäule nach oben geleitet werden.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durch¬ führung des Verfahrens der mindestens teilweisen Entgasung und/oder mindestens teilweisen Vergasung eines vorsortier¬ ten, aufbereiteten festen stückigen Brennstoffs oder brennbaren Abfallεtoffs , wobei die Vorrichtung aus einem vertikalachsigen schachtartigen Reaktor mit gasdichter Beschickungseinrichtung und gasdichter Ascheaustrag¬ oder Schlackenaustrag-Einrichtung, ferner auε einer Ein¬ leitung deε gasförmigen Vergaεungsmittels und einer Ab¬ leitung deε zu erzeugenden gasförmigen Brennεtoffε εowie aus Wärmeaustauschern besteht, dergestalt, dasε ein min- destens teilweise mit einer hochfeuerfesten Auskleidung versehener Reaktorschacht und ein eine nach unten zu¬ nehmende Verengung aufweisender hochfeuerfester kerami¬ scher Herd, dessen Unterseite mit einem als Rost mit veränderbarem Durchlassquerschnitt wirkenden, vertikal verschiebbaren, drehbaren keramischen Gegenstück ab- schliessbar ist, ferner ein dreifacher zylindrischer Mantel sowie eine frei bewegliche Reaktorschacht-Auf¬ hängung vorgesehen ist.
Stand der Technik
Verfahren und Vorrichtungen zur kontinuierlichen oder intermittierenden Entgasung und Vergasung von festen fossilen Brennstoffen sind in Form von Gasgeneratoren, Holzvergaεern und anderen Geräten und den damit durchge¬ führten Prozessen in sehr grosser Anzahl bekannt. Dabei wird zwischen Verfahren und Geräten für kontinuierlichen oder intermittierenden Betrieb, für stückigen oder fein- partikelartigen Einsatz und für die Verarbeitung von Kohlen oder Holz unterschieden. Zur Vergasung von Kohlen mit geringem Anteil von flüchtigen und kondensierbaren Bestandteilen wird meist die aufsteigende Vergasung im Gegenstrom zur Beschickungssäule angewendet, während zur Vergasung von Holz und Torf, welche einen hohen An¬ teil an kondensierbaren Bestandteilen (Teere, Alkohole, Essigsäure etc.) liefern, die absteigende Vergasung .im Gleichstrom zur Beschickungssäule bevorzugt wird. Bei letzterer werden die für die Herstellung eines reinen Generatorgaseε als Sekundärbrennstoff unerwünschten Dämpfe der kondensierbaren Bestandteile durch das heisse Glut¬ bett .im unteren Teil der Beschickungssäule geführt, ther¬ misch zersetzt, pyrolytisch gespalten und mit dem Kohlen¬ stoff zu unschädlichen niedrigmolekularen Gasen umgesetzt. Diese chemischen Umsetzungen erfordern aus thermodynami- εchen und reaktionεkinetischen Gründen eine best.immte Min.imaltemperatur. Dieε bezieht sich sowohl auf die in der Beεchickungsεäule erzielte durchschnittliche Höchst¬ temperatur wie auf die örtliche absolute Maximaltempera¬ tur. Es hat deshalb nicht an jahrzehntelangen Versuchen gefehlt, die sogenannte Hochtemperaturvergasung zu ver¬ wirklichen. Zu diesem Zweck muss daε Vergasungsmittel (meist Luft) möglichst örtlich konzentriert der Besch'ik- kungssäule zentral zugeführt werden. Die üblichen Kon¬ struktionen von Gasgeneratoren mit peripheren Düsen .im Herd für die Zuführung des Vergasungsmittelε sind dafür weniger geeignet. Die versuchte zentrale Zuführung schei¬ terte jedoch meist an der WerkstoffProblematik. Metalli¬ sche Werkstoffe (ohne aktive Kühlung) kommen für die auftretenden lokalen Max.imaltemperaturen von über 1500 C nicht mehr in Frage. Herkömmliche keramische Werkstoffe schieden meist wegen ihrer Sprödigkeit aus.
Ein weiteres Thema ist die einwandfreie betriebliche Beherrschung des Auεtrags der festen und/oder flüssigen Produkte am unteren Ende des Herdes. Als Abschlussorgan dient - nach dem Vorbild der Feuerungen - ein sogenannter Rost, der die Asche durchfallen oder die Schlacke ab- fliessen oder gegebenenfallε die nicht zu vergasenden hochkohlenstoffhaltigen Bestandteile (Koks, Holzkohle) austragen läsεt. Es sind zahlreiche Rostkonstruktionen, unter anderem auch Drehroste bekanntgeworden, die meist auε metalliεchen Werkεtoffen gefertigt wurden und wegen beεchränkter Warmfeεtigkeit und ungenügender Hochtempera¬ tur-Korrosionsfestigkeit nicht voll befriedigen konnten. In neuester Zeit wurde das Problem durch einen drehbaren kegelförmigen keramischen Körper in guter Annäherung gelöst. Durch den von diesem Körper zusammen mit dem Herd gebildeten, für den Austrag vorgesehenen Ringspalt lässt sich der Durchsatz deε Pr.imärbrennεtoffε in weiten Grenzen regeln.
Auεgeführte Gasgeneratoren für Holz als Einsatz arbeiten üblicherweise .im Gleichstrom mit absteigender Vergasung und benutzen den Mantel zur beschränkten Vorwärmung der üblicherweise als Vergasungsmittel benützten Luft. Es sind auch schon zusätzliche Luftvorwärmungseinrichtungen im Bereich der Herdpartie vorgeschlagen worden, oder es wurde versucht, letztere durch spezielle Kühlluft unterhalb erträglicher Temperaturen zu halten. Zentrale Luftzuführungsrohre zur Einleitung des Vergaεungsmittelε inε Innere der Beschickungssäule von oben, von der Seite oder von unten sind schon ausgeführt worden. Ihre Bewäh¬ rung εcheiterte jedoch eiεt an einer unzuläεsigen Be¬ hinderung der abwärts gerichteten Bewegung der Beschickung und führte zu Verstopfungen, zu Kanalbildung oder zum berüchtigten "Hängen" der letzteren. Eine wirkungsvolle Luftvorwärmung im zentralen Luftzuführungsrohr ist nur ausnahmsweise versucht worden und bezog sich in der Regel nur auf einen Teilluftεtrom. Ihre Wirkung iεt überdies sehr zweifelhaft. In zahlreichen vorgeschlagenen Geräten wurde auf eine Luftvorwärmung überhaupt verzichtet, so dass weder mit einer hohen Vergasungstemperatur noch mit einem hohen Wirkungsgrad gerechnet werden kann. Zur teilweisen Abkühlung der erzeugten Gase wird üblicher¬ weise der Mantel des Reaktorschachts wenigstens teilweise benutzt, indem das Gas durch einen hohlzylindrischen Ringraum geleitet wird. Diese Art der Gaskühlung ist entsprechend der niedrigen Gasgeschwindigkeiten sehr unvollständig, so dasε hier mit weiteren Wärmeverluεten gerechnet werden musε. Innerhalb oder unterhalb der Herd¬ partie des Gasgenerators befindet sich der Rost, der oft zu Betriebεstörungen und Schwierigkeiten Veranlassung gab. Ausser den üblichen festen, gitter- oder zaunartigen Rostkonstruktionen sind auch bewegliche Ausführungen in Form von plattenartigen Drehrosten, kettenartigen Wandergittern oder durchbrochenen Einzel- oder Mehrfach¬ walzen bekannt geworden. Trotz zum Teil sehr weitgehender Mechanisierung derartiger Geräte befriedigten εie nie recht ganz. Wohl kann damit ein einigermaεsen sicherer Ascheaustrag gewährleistet werden, doch iεt ihre Rück¬ wirkung auf die darüber gelagerte Beschickungssäule und damit deren günstige Beeinflussung gering.
Es wurde schon vor sehr langer Zeit versucht, auf konti¬ nuierliche Art und Weise Primärbrennstoffe teilweise oder vollständig zu entgasen, um geeignetere feste Sekun¬ därbrennstoffe wie Koks, Halbkoks, Holzkohle etc. herzu¬ stellen. Die meisten dafür vorgeschlagenen Geräte wiesen einen schachtartigen Aufbau auf und waren vollständig aus feuerfesten Steinen gefertigt. Im -einen Fall wurden sie von aussen beheizt, was verhältnismässig dünne, mecha¬ nisch empfindliche keramische Wände und einen hohen Auf- wand an Heizenergie bedingte. Im anderen Fall wurde die Beschickungssäule von innen durch Teilverbrennung deε Pr.imärbrennstoffs beheizt, waε ein vergleichεweiεe schlechteres Gaε zur Folge hatte und bezüglich opt.imaler Führung des Entgasungsprozesεes speziell hinsichtlich Temperaturverteilung zu wünschen übrig liess. Die Aus- tragεorgane waren oft mangelhaft konzipiert und erlaubten kaum eine Beeinflussung des Verhaltens der Beschickungε- säule im Sinne der Erzielung opt.imaler mechanischer und thermodynamischer Verhältnisse. Die vorgenannten Verfah¬ ren und Vorrichtungen vermochten deshalb die klasεiεchen Kammeröfen der Gaεwerke und Kokereien und den traditio¬ nellen Kohlenmeiler nicht zu verdrängen .
Auε dem Vorstehenden geht klar hervor, dasε trotz jahr¬ zehntealter Praxiε auf dem Gebiet der Umwandlung kohlen¬ stoffhaltiger fester Pr.imärenergieträger in geeignetere gasförmige oder teilweise gasförmige, teilweise feste Sekundärbrennstoffe ein geeignetes, universell anwend¬ bares Verfahren und daε entsprechende vielseitige und anpassungsfähige Gerät zu dessen wirtschaftlicher Durch¬ führung weitgehend fehlt.
Die Beseitigung und Weiterbehandlung von Abfallεtoffen jeglicher Art, insbesondere von Müll, Kehricht etc. ist in letzter Zeit zu einem gravierenden Problem sowohl der Oekologie wie der Oekonomie geworden. Die bisher üblichen Deponien werden über kurz oder lang wegen ihres schädlichen Einflusses auf die Umwelt nicht mehr zulässig sein. Man ist daher bezüglich Beseitigung brennbarer Abfallstoffe mehr und mehr zu sogenannten Kehrichtver¬ brennungsanlagen übergegangen. Dieses Verfahren läuft nun zufolge seiner zum Teil toxischen Emisεionen ebenfalls Gefahr, in Schwierigkeiten zu kommen. Abgesehen von der schlechten Verwertung der anfallenden thermischen Energie müssen derartige Anlagen vermehrt mit aufwendigen Kataly- εatorbatterien und anderen Gaεreinigungs- und Gasu - setzungεvorrichtungen auεgerüεtet werden. Die Umεtellung auf andere alε Verbrennungsverfahren ist daher zur Zeit ein Gebot der Stunde.
Zum Stand der Technik werden die nachfolgenden Druck¬ schriften zitiert:
- US-PS 4 344 772
- US-PS 4 306 506
- US-PS 4 309 195
- US-PS 4 389 222
- CH-PS 678 973
Die bisher üblichen und bekannten Entgasungε- und Ver¬ gasungsverfahren und die entsprechenden, zu ihrer Durch¬ führung marktgängigen Geräte lassen in vieler Hinsicht zu wünschen übrig. Ein weiterer Aspekt ist die zurzeit unbefriedigende Situation auf dem Gebiet der Abfall- und Müllbeseitigung und -Verwertung, die dringend nach besseren ökologischen Lösungen verlangt. Es besteht da¬ her ein grosseε Bedürfniε zur Weiterentwicklung, Ver¬ vollkommnung und Universalisierung der genannten Ver¬ fahren und Vorrichtungen sowie deren Anwendungen.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung obliegt die Aufgabe, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur kontinuierlichen, mindestens teil¬ weisen Entgasung und/oder Vergasung eines stückigen pri¬ mären kohlenstoffhaltigen festen Energieträgers in Form eines Brennstoffs und/oder brennbaren Abfallstoffs in einem schachtartigen Reaktor anzugeben, das bei höchst¬ möglicher Einfachheit in Prozessführung und Anlage sich universell anwenden läεst und unmittelbar, ohne zusätz¬ liche Reinigungs-, Entstaubungs- und Entgiftungseinrich- tungen und Katalyεatorbatterien einen möglichst reinen, direkt zu motorischen, chemischen, metallurgischen oder Heizzwecken verwendbaren gasförmigen Brennstoff liefert. Das Verfahren soll einen möglichst hohen Wirkungsgrad haben und den Exergieinhalt des pr.imären Energieträgers unter Vermeidung der üblichen Verluste max.imal ausnutzen. Die Vorrichtung soll insbesondere für die Verarbeitung von organischem Abfall wie Kehricht, Müll, Klärschlamm, Holz- und Papierabfällen etc. geeignet sein und eine rasche Anpassung an die verschiedenen Einsatzmaterialien ohne Zeitverlust oder Betriebεunterbrechung ermöglichen.
Dieεe Aufgabe wird dadurch gelöst, dass im eingangs erwähn¬ ten Verfahren das gasförmige Vergasungsmittel mit hoher Geschwindigkeit zunächst in einer schraubenlinienförmigen, nach abwärts gerichteten Bewegung im Gegenstrom zu einer entsprechenden aufwärts gerichteten schraubenlinienförmigen Bewegung des erzeugten gasförmigen Brennεtoffε innerhalb der Mantelpartie des schachtartigen Reaktors geführt und erwärmt wird, in ebenfalls schraubenlinienförmiger Bewe¬ gung durch das Innere eines Herdkörpers mit hoher Wärme¬ kapazität geleitet und weiter erwärmt, am unteren Ende des Reaktors vertikal nach oben umgelenkt und nach Durch¬ laufen einer künstlich verlängerten Strecke unter gleich¬ zeitiger Weitererwärmung .im Innern eines von unten in die untere Partie der Beschickungssäule hineinragenden Zentralkörpers in letztere injiziert wird, und dass der die Beschickungssäule verlassende erzeugte gasförmige Brennstoff durch einen ringförmigen Durchlasε nach unten ausgestossen, umgelenkt und mit hoher Geschwindigkeit im Gegenstrom zum Vergasungsmittel geführt und gekühlt wird, und dass die hohe Wärmekapazität des Herdkörpers zur Ueberbrückung von Betriebsunterbrüchen und zur Durch¬ führung von ein best.immtes Temperaturprogramm erheiεchen- den, dem kontinuierlichen Verfahren überlagerten inter¬ mittierenden Prozessen herangezogen wird. Die Aufgabe wird ferner dadurch gelöεt, dass in der ein¬ gangs erwähnten Vorrichtung für die Zufuhr des gasförmigen Vergasungsmittels zwischen dessen Einleitung und desεen Auεεtoss in die Beschickungssäule eine Reihe von nach steigender Temperatur hintereinander geschalteter ört¬ lich in fallender Richtung angeordneter im wesentlichen aus zylindrischen oder kegeligen Grundformen bestehender Wärmeaustauscher vorgesehen ist, und dass ein keramischer Zentralkörper zur Führung und Injektion des gasförmigen Vergasungsmittels von unten in die untere Partie der Beschickungssäule hinein vorgesehen iεt, der vergleichs¬ weise tief in letztere hineinragt.
Weg zur Ausführung der Erfindung
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden, durch Figuren näher erläuterten Ausführungsbeispiele beschrieben.
Dabei zeigt:
Fig. 1 eine prinzipielle εche atische Darstellung der Materialströme des Verfahrenε (Fliessdiagramm),
Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt (Vertikalschnitt) durch den prinzipiellen Aufbau der Vorrichtung mit den Strömen der gasförmigen Medien (perspek¬ tivisch) ,
Fig. 3 einen vereinfachten Längsschnitt (Vertikalschnitt) durch die Vorrichtung,
Fig. 4 einen schematischen Vertikalschnitt durch die
Mantelpartie des Reaktorschachtε mit einer erεten Ausführung des Wärmeaustauεcherε,
Fig. 5 einen schematischen Vertikalschnitt durch die Mantelpartie des Reaktorεchachts mit einer zwei¬ ten Ausführung des Wärmeaustauεcherε,
Fig. 6 eine perspektivische Darstellung einer ersten
Ausführung des Vollkegels als Gegenstück, Herd- abεchluεs und Rost mit Führung des Vergasungε- mittelε,
Fig. 7 eine perεpektivische Darstellung einer zweiten Auεführung des Vollkegels als Gegenstück, Herd- abschluss und Roεt mit Führung deε Vergasungs- ittelε,
Fig. 8 einen schematischen Längsschnitt einer Rohrver¬ bindung für Umlaufgasführung, zusätzlich mit Wärmeaustauscher,
Fig. 9 einen Längsschnitt (Vertikalschnitt) durch eine
Ausgestaltung der Herd/Rostpartie mit feststehen¬ dem koniεchen Zentralkörper,
Fig. 10 einen Längsschnitt (Vertikalschnitt) durch eine
Ausgestaltung der Herd/Rostpartie mit feststehen¬ dem parabolischen Zentralkörper.
Fig. 1 ist eine prinzipielle schematische Darstellung der Materialströme des Verfahrens (Fliessdiagramm). Es handelt sich um eine gezielt organisierte Behandlung und Verarbeitung von .im wesentlichen kohlenstoffhaltigen Primärenergieträgern unter möglichst weitgehender Be¬ rücksichtigung oekologischer und oekonomischer Verhält¬ nisse (Umweltbedingungen). Das Verfahren beεteht prinzi¬ piell in einem Auεsondern, Auslesen und Ausεcheiden der anfallenden Ausgangsstoffe, Abzweigen nichtbrennbarer Materialien, Aufbereiten und Mischen der auf diese Weise vorkonzentrierten wirklichen Pr.imärenergieträger in einem Zwischenprodukt, gegebenenfalls Zerkleinern oder umgekehrt Kompaktieren zur Herstellung einer für die Weiterverarbei¬ tung geeigneten stückigen Beschickung für einen thermischen Reaktor und Entgasen bzw. Vergasen der letzteren zu einem gasförmigen Sekundärbrennεtoff . Letzterer fällt durch opt.imale Prozeεεführung mit höchεt öglicher Reinheit an, εo dass er direkt in thermischen Maschinen (Kolbenmaschinen, Gasturbinen) ausgenutzt, in Feuerungen oder Heizungen verwendet oder zu chemischen und metallurgischen Zwecken als Reduktionsmittel benutzt werden kann. Das Diagramm erfordert keine weiteren Erklärungen.
In Fig. 2 ist ein schematischer Längsschnitt (Vertikal¬ schnitt) durch den prinzipiellen Aufbau der Vorrichtung mit den Strömen der gasförmigen Medien (perspektivisch) dargestellt. Der oben angedeutete, senkrecht nach unten gerichtete Pfeil stellt die Aufgabe der in Form von stücki¬ gem Brennstoff vorliegenden Beschickung dar. 2 ist die Einleitung deε gasförmigen Vergasungsmittels ( im vorliegen¬ den Fall bevorzugt atmosphärische Luft) in den schachtarti¬ gen Reaktor 3 (im wesentlichen eine zylindrische Wand), auch abgekürzt als Reaktorschacht bezeichnet. Der Strom des Vergasungsmittelε iεt durchwegε alε volle ausgezogene Linie, derjenige des erzeugten gasförmigen Sekundärbrenn¬ stoffs als durchbrochene strichpunktierte Linie dargestellt. 4 ist der Aussenmantel des schachtartigen Reaktors, 5 die Ableitung des zu erzeugenden gasförmigen Brennstoffs. 6 stellt die schraubenlinienförmige Führung (Trajektorie) des gasförmigen Vergasungsmittels in der Mantelpartie des Reaktors dar. 7 ist die entsprechende, örtlich dazwi- schengeschaltete schraubenlinienförmige Führung des gaεför- migen Brennstoffs in der Mantelpartie, die im Gegenstrom zu 6 erfolgt. Eε handelt sich hier also um eine Wärmeüber¬ tragung längs eines wendeiförmigen Wärmeaustauschers, wobei der Strom des Vergasungsmittels aufgeheizt (Vorwär¬ mung) derjenige des gasförmigen Brennstoffε abgekühlt wird. Mit 8 ist der Herd bzw. konkret der feuerfeste kera¬ mische Herdkörper bezeichnet. 9 iεt die Schraubenlinien- förmige Führung des Vergasungs ittelε im Herdkörper 8 zum Zweck einer weiteren Aufheizung. 10 stellt einen Voll¬ kegel als Gegenstück zum Herd, Herdabschluεε und Roεt dar, der von unten in die Beεchickungεsäule hineinragt. Im vorliegenden Fall iεt der Vollkegel 10 um seine Achse drehbar und in seiner Längsrichtung vertikal verschiebbar angeordnet. 11 ist die von unten vertikal nach oben ge¬ richtete Zuführung des Vergasungsmittels in den Vollkegel 10, 12 die schraubenlinienförmige Führung und der Pfeil 13 der vertikale Ausstoss deε Vergaεungsmittels aus dem Vollkegel (Injektion ins Innere der Beschickung). 14 stellt den in der Beschickung erzeugte, vertikal nach unten strö¬ mende gasförmige Brennstoff dar. Letzterer wird umgelenkt und zwiεchen Herd 8 und Aussenmantel 4 vertikal nach oben geleitet. Zwischen Herd 8 und Gegenstück (im vorliegenden Fall Vollkegel 10) befindet sich der den Rost bildende ringförmige Durchlasε 15, dessen Querschnitt einεtellbar iεt. 16 ist der Auεtrag fester und/oder flüεsiger Reak¬ tionsprodukte, der je nach Betriebsführung aus Asche, Schlacke und festem Destillationsrückstand (Koks, Halbkokε , Holzkohle, teilweiεe entgaεteε kohlenstoffhaltiges Erzeug¬ nis) beεteht.
In Fig. 3 ist ein vereinfachter Längsschnitt (Vertikal¬ schnitt) durch die Vorrichtung dargestellt. Die Bezugs- zeichen 1, 2, 3, 4, 5, 8, 10, 11, 13 und 16 entsprechen genau denjenigen der Fig. 2. Am Eingang des Reaktors bei der Aufgabe 1 der Beschickung befindet sich eine Beεchik- kungseinrichtung mit gasdichten Beschickungsschleusen 51 in Form von in Horizontalebenen liegenden, linear oder drehbar zu öffnenden bzw. zu schlieεsenden Schiebern. Die Beschickung rutscht durch Gravitation vertikal inner¬ halb des kreisförmigen Querschnittε der zylindrischen Wand des schachtartigen Reaktors 3 herunter. In der Mantel- partie deε Reaktorε zwiεchen Auεsenmantel 4 und Wand 3 befindet sich ein auε je einem εchraubenlinienförmigen Kanal 21 für das Vergaεungsmittel und einem ebensolchen Kanal 22 für den gaεförmigen Brennεtoff beεtehender Wärme- auεtauεcher. Die Kanäle 21 und 22 in Wendelform sind im vorliegenden Fall nach Art eines zweigängigen Gewindeε ineinandergeεchachtelt und werden von den gaεförmigen Medien in entgegengesetzter Richtung durchströmt. In diesem Wärme- auεtauεcher ist also der Strom des Vergasungεmittels nach abwärts, der des gaεförmigen Brennεtoffε nach aufwärtε gerichtet. Dieε iεt auch durch die mit Punkten und Kreuzchen versehenen Ringe (= Pfeile im Querschnitt) der Symbole 6 und 7 angedeutet. Dabei beziehen sich die vollen Linien 6 auf daε Vergasungsmittel, die durchbrochenen Linien auf den gasförmigen Brennstoff. Der Reaktorschacht 3 weist in seinem unteren Teil eine feuerfeste Auskleidung 17 auf, während der Aussenmantel 4 über seiner ganzen Länge mit einer wärmedämmenden Isolierschicht 28 versehen ist. Der feuerfeεte Herdkörper 8 hat ein doppelkegelförmiges kon¬ kaves Innenprofil 18 mit Verengerung und ist längs deε letzteren mit mindestens einem kegelig-schraubenlinienförmi¬ gen Kanal 25 für das Vergasungsmittel in Form eines nach abwärts führenden Wendeis ausgerüstet. Dieser Wendel dient gleichzeitig zur weiteren Vorwärmung des gasförmigen Ver- gasungsmittelε und zur Kühlung der heissesten Zone deε Herdkörpers 8. Letzterer ist zwecks Herabsetzung von Wärme¬ verlusten allseitig auf seiner äusseren Begrenzungsfläche mit einer wärmedämmenden Isolierschicht 29 versehen. Nach dem Durchströmen des Kanals 25 gelangt das Vergasungεmittel (nach oben gerichtete Zuführung 11) über ein nicht näher bezeichnetes flexibles Verbindungsεtück in das den Voll¬ kegel 10 als Gegenstück tragende Zuführungsrohr 19. Mit letzterem fest verbunden und als Träger und Führung deε Vollkegelε 10 dienend, ist die koaxiale, in vertikalen Lagern gelagerte Welle 20 vorgesehen. Diese iεt sowohl drehbar wie auch vertikal verschiebbar ausgeführt. Die betreffenden Antriebsmechanismen εind der Uebersichtlich- keit halber weggelaεεen worden. Der auf seiner unteren Stirnseite mit einer wärmedämmenden Isolierschicht 30 versehene Vollkegel 10 ist in seinem Innern mit mindestens einem kegelig-εchraubenlinienförmigen Kanal 23 (Wendel¬ form) für daε Vergaεungsmittel versehen, der an der Kegel¬ spitze in der Austrittsöffnung 24 (vertikaler Ausstoεε 13 und Injektion in die Beεchickung) endet. Der in der Beschickung erzeugte, vertikal nach unten strömende gas¬ förmige Brennstoff 14 (strichpunktierter Pfeil) passiert den ringförmigen, den Rost bildenden Durchlass 15 zwischen Herd 8 und Gegenstück ( im vorliegenden Fall Vollkegel 10), erleidet eine Umlenkung 26 unterhalb der Herd/Roεt- Partie und gelangt in den hohlzylindrischen Raum 27 zwi¬ schen Herd 8 und Aussenmantel 4 , wo er vertikal nach oben geführt wird. Am oberen Ende des Raumes 27 wird der gas¬ förmige Brennstoff in den schraubenlinienförmigen Kanal 22 in der Mantelpartie des Reaktors eingeleitet. Ueber den Durchlass 15 fallen die festen und flüssigen Reaktions- produkte (Asche, Schlacke, Destillationsrückstände) senk¬ recht nach unten (durch vertikalen gestrichelten Pfeil Austrag 16 angedeutet) in den hiefür vorgesehenen Be¬ hälter 31.
Fig. 4 bezieht sich auf einen schematischen Vertikalschnitt durch die Mantelpartie des Reaktorschachts mit einer ersten Ausführung des Wärmeaustauschers. Im vorliegenden Fall ist in radialer Richtung lediglich eine Schicht vorhanden. Diese wird begrenzt durch die eigentliche zylindrische Wand 3 des schachtartigen Reaktors und die äussere Begren¬ zung 32 der schraubenlinienförmigen Kanäle, die gleich¬ zeitig die zylindrische Innenseite des Aussenmantels 4 darstellt. Die als Wendel ausgeführten Kanäle für die gasförmigen Medien sind nach dem Prinzip eines zweigängi¬ gen Gewindes ineinandergeschachtelt. Im Schraubenlinien- förmigen Kanal 21 für das Vergasungsmittel erfolgt die Strömung senkrecht zur Zeichnungsebene auf den Beεchauer zu, was durch das Profil der Pfeilspitze 6 (Ring mit Punkt) angedeutet iεt. Im εchraubenlinienförmigen Kanal 22 für den erzeugten gasförmigen Brennstoff erfolgt die Strömung senkrecht zur Zeichnungsebene vom Beschauer weg, was durch das Profil deε Pfeilendeε 7 (Ring mit Kreuz, gestrichelt gezeichnet) dargestellt iεt. Die Führung der gaεförmigen Medien erfolgt also gegenläufig (Gegenstrom¬ prinzip), so dasε ein opt.imaler Wärmeübergang gewähr¬ leistet iεt und der erzeugte gasförmige Brennstoff den Reaktor bei tiefstmöglicher Temperatur verlässt. Es werden mittlere Geschwindigkeiten der gaεförmigen Medien von ca. 3 m/s angestrebt. 28 ist die wärmedämmende Isolier¬ schicht deε Auεsenmantelε 4.
Fig. 5 zeigt einen schematischen Vertikalschnitt durch die Mantelpartie deε Reaktorschachtε mit einer zweiten Ausführung des Wärmeaustauεcherε. In dieεem Fall εind in vertikaler Richtung zwei Schichten vorhanden. Sie wer¬ den begrenzt durch die eigentliche zylindrische Wand 3 deε εchachtartigen Reaktors, den wärmeleitenden Zwischen¬ mantel 33 und die äussere Begrenzung 32 der schrauben¬ linienförmigen Kanäle, die gleichzeitig die zylindrische Innenseite deε Aussenmantels 4 darεtellt. Die als Wendel ausgeführten Kanäle für die gasförmigen Medien sind nach dem Prinzip von zwei radial übereinander angeordneten Gewinden (Aussengewinde + Innengewinde) übereinanderge- stülpt. Im vorliegenden Fall ist der schraubenlinienför¬ mige Kanal 21 für das Vergasungsmittel gegenüber dem Kanal 22 für den gasförmigen Brennstoff axial um die halbe Stei¬ gung versetzt angeordnet, um die Konstruktion bezüglich Festigkeit einerseits und Spannungsfreiheit andererseitε günstiger zu gestalten. Betreffend Strömungen der gasför¬ migen Medien (Pfeilspitzen 6 und Pfeilenden 7 im Profil) gilt das unter Fig. 4 Gesagte. Auch hier handelt es sich um daε Gegenstromprinzip. Die Funktion der wärmedämmenden Iεolierεchicht 28 versteht sich von selbst.
Fig. 6 bezieht sich auf eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführung deε Vollkegels als Gegenεtück, Herdabschluεε und Roεt mit Führung des Vergasungsmittelε. 10 stellt den Vollkegel dar, der als Gegenεtück, Herdab- schlusε und Roεt wirkt und von unten in daε Innere deε untersten Teilε der Beεchickungεεäule hineinragt. Der Vollkegel 10 weiεt Hohlräume zur Führung und weiteren letzten Aufheizung deε Vergaεungsmittels (meist Luft) auf. Im vorliegenden Fall ist ein einziger zusammenhängen¬ der Hohlraum in Form eines auf einer virtuellen Kegel¬ mantelfläche liegenden εchraubenlinienförmigen Kanalε 23 mit kreiεrundem Querεchnitt vorhanden. Selbεtverεtänd- lich kann der Querεchnitt auch eine andere Form, z.B. die eineε Sechεeckε oder Viereckε etc. aufweisen. 34 iεt die sich an der unteren Stirnfläche deε Vollkegels 10 befindliche Eintrittsöffnung, 24 die gegenüber an der Kegelspitze liegende Auεtrittεöffnung für daε Vergaεungε- mittel. Ueberεichtlichkeitεhalber iεt die Darεtellung abεichtlich so gewählt, daεε der Vollkegel 10 durchεich- tig erεcheint, während der Kanal 23 wie ein aus vollem Material bestehender Wendel wirkt. Dieε entspricht der bei der Herstellung des keramischen Körpers erforderlichen hohlen Form einerεeits und dem notwendigen massiven Kern andererseits .
Fig. 7 zeigt eine perspektivische Darstellung einer zwei¬ ten Ausführung des Vollkegels alε Gegenεtück, Herdabschluεs und Rost mit Führung des Vergasungsmittels. 10 stellt den Vollkegel dar, dessen Funktionen identisch denjenigen sind, die in Fig. 6 beschrieben sind. Der einzige zusammen¬ hängende Hohlraum zur Führung des Vergasungsmittels hat hier die Form eineε auf einer virtuellen Kegelmantelfläche liegenden wellenlinienförmigen Kanalε 35 mit kreisrundem Querschnitt. 34 und 24 entsprechen den Bezugεzeichen der Fig. 6. Die Darεtellungεweiεe deε Vollkegelε 10 alε hohle Form und deε Kanalε 35 alε massiver Kern entspricht eben¬ falls derjenigen der Fig. 6. Das gleiche gilt für daε über Kanalquerschnitte Gesagte.
In Fig. 8 ist ein schematischer Längεschnitt einer Rohr¬ verbindung für Umlaufgasführung, zuεätzlich mit Wärmeaus¬ tauscher dargestellt. Am Rand der linken Bildhälfte ist die Kontur des εchachtartigen Reaktors in dünnen Linien angedeutet. Die Bezugεzeichen 3, 10, 18 und 27 entsprechen genau denjenigen der Fig. 3. Der strichpunktierte Pfeil 36 bedeutet die Umlaufgasentnahme auε der unteren Partie der Beεchickungεεäule ( .im vorliegenden Fall im unteren Teil des Herdraumeε ) . Daε Umlaufgas dient zur wirkungs¬ volleren Erwärmung der Beschickung. Demgemäsε εtellt 37 die Umlaufgaεrückgabe in die obere Partie der Beschickungε- säule dar. 38 ist die entsprechende Rohrleitung für das Umlaufgaε. 39 iεt das erforderliche Heissgasgebläse, daε für eine Temperatur von mindestenε 800 C ausgelegt ist. Es weist vorteilhafterweise einen Rotor aus hochfeuerfeεtem keramischem Werkstoff mit hoher Warmfestigkeit und Hoch¬ temperatur-Korrosionsbeständigkeit auf. Die Rohrleitung 38 und das Heissgasgebläse 39 sind mit einer wärmedämmen¬ den Verkleidung versehen.
Im rechten Bildteil ist zusätzlich alε Option ein Gegen- strom-Wärmeaustauεcher 41 für Umlaufgaε dargestellt. Er besteht aus zwei durch eine wärmeleitende Zwischenwand 44 getrenntenKammern und dient gegebenenfalls zur weiteren Aufheizung des Umlaufgaseε 42 (εtrichpunktierter Pfeil). Im Gegenεtrom zu letzterem bewegt sich das Heizgas 43 (ge¬ strichelter Pfeil). Das Heizgaε kann ein speziell bereit¬ gestelltes Brenngas oder ein Hochtemperatur-Abgas sein. Der Wärmeεtrom 0 ist durch den Pfeil 45 angedeutet. Dieεe Zusatzeinrichtung kann zur Leiεtungε- und Wirkungsgrad- Steigerung der gesamten Anlage herangezogen werden. In Fig. 9 ist ein Längεschnitt (Vertikalschnitt) durch eine Ausgestaltung der Herd/Roεtpartie mit feεtεtehendem koniεchen Zentralkörper dargeεtellt. 3 iεt der eigent¬ liche schachtartige Reaktor (zylindrische Wand, Innen¬ seite), 4 der Aussenmantel des Reaktors. Der Herd 8 be¬ steht aus zwei rotationεεymmetrischen , koaxial zueinander angeordneten keramischen Teilen. Der äussere Teil hat eine zylindrische Aussenfläche und ein doppelkegelförmiges Innen* profil 18. Der innere Teil ist in der unteren Partie zylin¬ drisch, in der oberen kegelig und weist einen zentralen Kanal zur Führung des Vergasungεmittelε auf. An der Kegel- εpitze dieses Zentralkörpers befindet sich die εenkrecht nach oben weiεende Auεtrittsöffnung 46 für daε Vergasungs¬ mittel. Im Raum zwischen dem äusseren Teil und dem den Zentralkörper bildenden inneren Teil des Herdes 8 befindet sich der hohlkegelförmige, durch einen Aussenkegel und einen Innenzylinder begrenzte Ringkörper 47 als Gegenstück, Herdabschluss und Roεt. Der Ringkörper 47 iεt drehbar und vertikal verεchiebbar gelagert (nicht gezeichnet) und bil¬ det zuεammen mit der unteren Partie des äusseren Teils des Herdeε 8 einen ringförmigen, den Roεt bildenden Durch- laεs 15, durch welchen die festen und flüssigen Reaktionε- produkte ausgetragen werden. Sowohl der äussere Teil wie der innere Teil (Zentralkörper) des Herdes 8 weist vor¬ zugsweise einen schraubenlinienförmigen Kanal (Wendel) für das Vergasungsmittel ähnlich Fig. 3 (25 und 23) auf (in dieser Figur nicht gezeichnet).
Fig. 10 ist ein Längsschnitt (Vertikalschnitt) durch eine Ausgestaltung der Herd/Rostpartie mit feststehendem para¬ bolischen Zentralkörper. Der schachtartige Reaktor 3 und sein Aussenmantel 4 entsprechen genau dem Aufbau gemäsε Fig. 9 bzw. Fig. 3. Der Herd 8 besteht hier aus zwei rota¬ tionssymmetrischen, koaxial zueinander angeordneten kerami¬ schen Teilen von denen der äussere Teil ein Hohlzylinder ist. Der innere Teil ist in der unteren Partie kegelig, in der oberen paraboloidförmig und weiεt einen zentralen Kanal mit Verzweigungen zur Führung deε Vergaεungεmittelε auf. Dank dieser Herdkonεtruktion wird die Beεchickungs- εäule auf ihrer Wanderung nach unten in ihrem Querschnitt nicht radial nach innen sondern radial nach aussen ein¬ geengt. Im Gegensatz zur herkömmlichen Geometrie liegt also hier ein parabolisch/kegeligeε konvexeε Innenprofil 48 deε zentralen Teils des Herdes 8 mit peripherer Ver¬ engerung des Durchsatzquerεchnittε vor. 49 ist eine Aus¬ trittsöffnung für das Vergasungsmittel im zentralen Teil des Herdeε 8. 50 iεt ein durch einen Auεεenzylinder und einen Innenkegel begrenzter hohlkegelförmiger Ringkörper als Gegenstück, Herdabschlusε und Rost. Der Ringkörper 50 ist drehbar und vertikal verschiebbar gelagert (nicht gezeichnet) und bildet zusammen mit der unteren Partie des inneren Teils (Zentralkörper) des Herdes 8 einen ring¬ förmigen einstellbaren Durchlass 15. Der äusεere wie der innere Teil des Herdes 8 iεt vorzugsweiεe mit einem εchrau* benlinienförmigen Kanal (Wendel) zweckε Aufheizung deε Vergasungsmittelε ausgerüstet (nicht gezeichnet).
Ausführungsbeispiel 1:
Siehe Figuren 1, 2, 3, 5, 6!
Die Anlage war für die kontinuierliche Vergasung von Alt¬ holz vorgesehen. Der Gasgenerator bestand im wesentlichen aus dem zylindriεchen schachtartigen Reaktor 3, dem Aussen¬ mantel 4 und dem doppelkegelförmigen Herd 8 mit folgenden Abmessungen:
Innendurchmesεer deε Reaktorschachtes = 700 mm
Höhe der oberen Schachtpartie = 1600 mm
Innendurchmesεer des Aussenmantels = 1600 mm
Aussendurchmesεer deε Aussenmantels = 1800 mm
Dicke der Aussenmantelisolation = 100 mm
Max-imaler Herdinnendurchmeεser = 750 mm Min.imaler Herdinnendurchmesεer = 275 mm
(Verengerung)
Oeffnungεwinkel deε sich verjüngenden Kegels = 40
Oeffnungεwinkel deε εich erweiternden Kegels = 60
Höhe des Herdeε = 1400 mm
Totale Höhe deε Schachteε ohne Beεchickungε- und Auεtragsvorrichtung (aktiver Teil) = 3500 mm
2 Querschnitt der schraubenlinienförmigen Kanäle - 3, 2 dm
Für den schachtartigen Reaktor 3 und die Innenwand deε Auεsenmantels 4 wurde durchwegε korrosionsbeεtändiger auε- tenitischer Cr/Ni-Stahl als Blech von 10 mm Dicke verwendet Das gleiche gilt für den den keramiεchen Herd 8 umεchlieε- εenden tragenden Blechmantel. Die Iεolierεchicht 28 deε Aussenmantelε 4 beεtand auε Keramikwolle auf Al-O^-Baεiε . Die Aussenverkleidung deε Ausεenmantelε 4 war auε niedrig¬ gekohltem Stahlblech von 3 mm Dicke gefertigt. Die 180 mm x 180 mm messenden schraubenlinienförmigen Kanäle 21 und 22 waren gemäεs Fig. 5 angeordnet und bestanden samt wärmeleitender Zwischenwand 33 aus Cr/Ni-Stahlblech von 4 mm Dicke. Der über dem Herd 8 liegende Teil des Reaktors 3 war auf der Innenseite mit 5 mm Al-,0_ beschich¬ tet (Auskleidung 17). Der keramische Herdkörper 8 bestand aus einer hochtonerdehaltigen gebrannten Stampfmasse, in der sich ein kegelig schraubenlinienförmiger Kanal 25
2 (Wendel) von 1,2 dm kreisförmigen Querschnitts und total
5 Windungen befand. Die mittlere Geschwindigkeit des Ver¬ gasungsmittels Luft, auf Normalzustand bezogen, betrug .im Kanal 25 ca. 13 m/s. Die zylindrische Aussenwand deε Herdkörperε 8 war durch eine wärmedämmende Iεolierschicht 29 aus Keramikwolle von 50 mm radialer Dicke geschützt. Der Vollkegel 10 alε Gegenεtück, Herdabεchluεε und Roεt hatte einen Oeffnungswinkel von 60 und einen grössten Durchmesser von 620 mm. Er war aus hochtonerdehaltiger
Keramik gefertigt und wies 3 1/2 Windungen eines kegelig-
2 schraubenlinienförmigen Kanals 23 von 0,5 dm kreisförmigen Querschnittε auf. Die Geschwindigkeit deε Vergaεungεmittelε, auf Normalzuεtand bezogen, betrug im Kanal 23 ca. 32 m/ε. Der Vollkegel 10 lieεε εich .im Betrieb intermittierend oder kontinuierlich mit einer Geεchwindigkeit von 0,5 biε 3 Umdrehungen/min drehen und gleichzeitig oder unab¬ hängig irjr. maximal 200 mm heben und senken. Dadurch konnte der ringförmige, den Rost bildende Durchlass 15 den variab¬ len Betriebsbedingungen angepaεst werden.
Der Gasgenerator war ferner mit einer gasdichten Beschik- kungseinrichtung bestehend aus einem schachtartigen Aufbau mit zwei als Schieber ausgeführten Beschickungsεchleusen 51 ausgerüstet. Für alle diese Teile wurde Kohlenstoff- stahl von ca. 10 mm Dicke verwendet. Das gleiche gilt für den an den Reaktor anschliessende Teil des Behälters 31 für feste und flüsεige Reaktionsprodukte wie Asche, Schlacke und gegebenenfalls Destillationsrückstände (Holz¬ kohle, Koks, Halbkoks). Der eigentliche schachtartige Reaktor 3 war nur im obersten Teil fest mit dem Aussen¬ mantel 4 verbunden, εo daεs er freihängend sich nach allen Richtungen dehnen konnte. Der Ausεenmantel 4 seinerseitε εtützte sich über Traversen und Gelenkhebel auf ein drei¬ beiniges Gestell auε kräftigen Stahlprofilen mit Füεεen ab.
Die Anlage wurde wie folgt betrieben, wobei sich die nach¬ stehenden Ergebnisεe (Mittelwerte) zeigten:
Einsatzmaterial (Pr.imärbrennstoff) : Altholz
Durchsatz des Pr.imärbrennεtoffε: 250 kg/h
Stückgrösse des Einsatzeε: 30 - 90 mm
3 Gasausbeute: 2,3 m /kg Einsatz
Gasmenge: 575 Nm 3/h (= 160 dm3/s)
3
Unterer Heizwert des Gases (feucht): 3200 kJ/Nm
Chemo-thermische Leistung des Gaseε (Nennwert): 500 kW Mittlere Gaszuεammenεetzuunngg: CO : 18 Vol.-%
H2: 8 Vol.-%
CH, : 4 2 Vθl.-%
C02: 12 Vθl.-%
N2+H20 02: Reεt
Ausführungsbeispiel 2:
Siehe Figuren 3 , 4 , 7 !
Es wurde eine Anlage für die kontinuierliche Vergasung von stückigem, organiεchem Abfall wie Kunststoff, Verbund¬ werkstoff, Altpappe etc. vorgesehen. Der Gasgenerator bestand im wesentlichen aus den gleichen Bauelementen wie in Beispiel 1 (Reaktor 3, Aussenmantel 4, Herd 8) und hatte folgende Abmessungen:
Innendurchmesser des Reaktorεchachteε = 1000 mm
Höhe der oberen Schachtpartie = 1800 mm
Innendurchmesser des Auεεenmantelε ■= 2200 mm
Aussendurchmesser des Aussenmantelε = 2450 mm
Dicke der Auεsenmantelisolation = 125 mm
Maximaler Herdinnendurchmesεer = 1050 mm
Min.imaler Herdinnendurchmesser = 400 mm (Verengerung)
Oeffnungεwinkel deε sich verjüngenden Kegels = 45°
Oeffnungεwinkel deε sich erweiternden Kegels = 70°
Höhe des Herdes = 2000 mm Totale Höhe des Schachtes ohne Beεchickungs- und Austragsvorrichtung (aktiver Teil) = 4400 mm Querschnitt der schraubenlinienförmigen Kanäle 11, < 5 dm
Für die tragenden Bauteile des Reaktors 3 und deε Aussen¬ mantels 4 sowie der Herdumkleidung wurde analog Beispiel 1 Cr/Ni-Stahl von 14 mm Dicke verwendet. Für die wärme¬ dämmenden Isolierschichten 28, 29 und 30 wurde ebenfalls Keramikwolle herangezogen. Die schraubenlinienförmigen Kanäle 21 und 22 waren gemäsε Fig. 4 angeordnet, wiesen eine radiale Breite von 500 mm und eine Höhe von 230 mm auf und bestanden auε 5 mm dickem Cr/Ni-Stahlblech. Der aus Al-0- beεtehende Herdkörper 8 wieε einen schrauben¬ linienförmigen Kanal 25 von total 4 Windungen und einem
2 kreisförmigen Querschnitt von 3,8 dm auf. Die mittlere
Geschwindigkeit des Vergasungsmittels betrug ca. 15 m/s.
Der Vollkegel 10 hatte einen Oeffnungεwinkel von 70 und einen grössten Durchmesser von 880 mm. Er war aus A1_0_. gefertigt und wieε einen kegelig-wellenförmigen Kanal
2 35 von 1,55 dm kreiεförmigen Querεchnittε auf. Eε waren total 3 volle trapezförmige Wellen vorhanden. Die Geεchwin* digkeit deε Vergaεungεmittelε, auf Normalzustand bezogen, betrug im Kanal 35 ca. 37 m/s. Der Vollkegel 10 war in gleicher Weise beweglich angeordnet und mit entsprechenden
Antrieben versehen, wie unter Beispiel 1 beschrieben wurde.
Was die Beschickungseinrichtung und den Austrag der Reak¬ tionsprodukte anbelangt, εo wird auf Beiεpiel 1 hinge- wieεen. Entsprechend der grösεeren D.imensionen wurde hier eine Blechεtärke deε verwendeten KohlenstoffStahls von 14 mm gewählt. Die Abstützung bzw. Aufhängung des Gasgene- ratorε im Gestell erfolgte wie in Beispiel 1.
Betriebsdaten und Ergebnisse dieser Anlage stellten sich wie folgt:
Einsatzmaterial (Primärbrennstoff): εtückiger organiεcher
Abfall
Durchεatz deε Primärbrennεtoffε: 600 kg/h
Stückgrösse deε Einεatzeε: 20 - 60 mm
3 Gaεausbeute: 3,5 m /kg Einsatz
Gasmenge: 2100 Nm3/h (= 580 dm3/s)
3 Unterer Heizwert deε Gaεeε (feucht): 3600 kJ/N
Chemo-the.rmische Leistung des Gaseε (Nennwert): 2000 kW Mittlere Gaszusammensetzuunngg: CO: 20 Vθl.-%
H2: 10 Vol.-%
CH4: 2 Vθl.-%
C02: 11 Vol.-%
N2tH20t02: Rest
Ausführungsbeispiel 3:
Siehe Figuren 3, 5, 6, 8(a)!
Die Anlage war für die kontinuierliche Vergasung von kom- paktiertem Klärεchlamm und ähnlichen, ursprünglich in feiner Form anfallenden Abfallstoffen vorgeεehen. Daε Auεgangεmaterial wurde zunächεt an der Luft vorgetrocknet und dann unter hohem Druck weiter entwäεsert und zu ovalen Briketts gepreεst. Der grundsätzliche Aufbau des Gasgene¬ rators entsprach demjenigen von Beispiel 1. Die Haupt- abmessungen stellten sich wie folgt:
Innendurchmesser des Reaktorεchachtes = 1500 mm
Höhe der oberen Schachtpartie = 2200 mm
Innendurchmesεer deε Auεsenmantels = 3200 mm
Aussendurchmesser deε Auεεenmantelε = 3520 mm
Dicke der Aussenmantelisolation = 160 mm
Maximaler Herdinnendurchmesser = 1600 mm
Minimaler Herdinnendurchmesser = 600 mm (Verengerung)
Oeffnungswinkel des sich verjüngenden Kegels = 42° Oeffnungswinkel des sich erweiternden Kegelε = 65° Höhe deε Herdeε = 2800 mm Totale Höhe deε Schachteε ohne Beschickungs¬ und Austragsvorrichtung (aktiver Teil) = 5600 mm
2 Querschnitt der schraubenlinienförmigen Kanäle = 28 dm
Für die hauptsächlichsten, hohen Temperaturen ausgeεetzten Bauteile deε Reaktors 3, des Auεsenmantels 4 und der Um¬ kleidung des Herdeε 8 wurde ein auεtenitiεcher, εtabili- εierter Cr/Ni/Mo-Stahl von 20 mm Dicke verwendet. Die wärmedämmenden Isolierschichten 28, 29 und 30 bestanden aus hochtonerdehaltiger Keramikfaser für Einsatztempera- turen biε 1800°C. Die schraubenlinienförmigen Kanäle 21 und 22 waren gemäsε Fig. 5 angeordnet und beεtanden wie die Zwiεchenwand 33 auε Cr/Ni/Mo-Stahlblech von 6 mm Dicke. Sie wiesen eine radiale Breite von 375 mm und eine axiale Höhe von 750 mm auf. Der aus A1_0_ bestehende Herd 8 war aus mehreren ringsegmentförmigen gesinterten Teilen zu¬ sammengebaut, die unter Zwischenschaltung von dünnen Al20-.-Filzlagen mittels Keramikkleber hochelastisch mit¬ einander verbunden waren. Der Herd 8 war durch einen schraubenlinienförmigen Kanal 25 von total 3 Windungen mit einem kreisförmigen Querschnitt von 5 , 6 dm 2 durch¬ brochen. Die mittlere Geschwindigkeit des Vergaεungεmittelε, bezogen auf Normalzuεtand, betrug ca. 25 m/ε. Der Voll¬ kegel 10 hatte einen Oeffnungεwinkel von 65 und einen grössten Durchmesser von 1300 mm. Er bestand auε Al-0^. und wies einen kegelig-schraubenlinienförmigen Kanal 23
2 mit 2 1/2 Windungen von 2,8 dm kreisförmigen Querschnitt analog Beispiel 1 auf. Die Geschwindigkeit des Vergasungε- mittelε, auf Normalzuεtand bezogen, betrug im Kanal 23 ca. 50 m/ε. Die Bewegungεmöglichkeiten deε Vollkegelε
10 sind bereits unter Beispiel 1 beschrieben.
Bezüglich der zusätzlichen Konstruktionselemente wird auf Beispiel 1 verwiesen. Die Blechstärken wurden im all¬ gemeinen zu ca. 18 mm für das Konstruktionsmaterial Kohlen¬ stoffstahl gewählt.
Die Betriebsparameter dieεeε Gasgenerators sind in nach¬ stehender Tabelle festgehalten:
Einsatzmaterial (Pr.imärbrennstoff ) : brikettierter Klär¬ schlamm Durchsatz deε Pr.imärbrennstoffε: 1600 kg/h Stückgrösεe des Einεatzes: 50 mm
3 Gaεauεbeute: 3,2 m /kg Einεatz
3 3
Gasmenge: 5100 N /h (= 1,4 /s)
3 Unterer Heizwert deε Gaεeε (feucht): 3500 kJ/N
Chemo-thermiεche Leiεtung deε Gaεeε
(Nennwert) : 5000 kW
Mittlere Gaszusammensetzung: C0 : 19 Vol.-%
H2: 10 Vol.-%
Figure imgf000028_0001
C0_: 11 Vol.-% N2+H20 02: Rest
Ein Teil des erzeugten Gasstromeε wurde gemäεε Fig. 8, linke Bildhälfte der Herdpartie entnommen (Umlaufgasent-
3 nähme 36) und mittels eines Heissgasgebläses 39 (0,8 m /ε) über die Rohrleitung 38 mit wärmedämmender Verkleidung 40 in die obere Partie der Beεchickungεεäule (Umlaufgaε- rückgabe 37) zurückgeschickt. Dadurch wurde die Beschik- kung zuεätzlich abεteigend .im Gleichstrom von innen auf¬ geheizt und die Vergasungstemperatur gesteigert. Für die Rohrleitung 38 mit einem Querschnitt von 10 dm 2 wurde auεtenitischer Cr/Ni-Stahl von 8 mm Wandstärke verwendet. Die wärmedämmende Umkleidung 40 hatte eine Dicke von 70 mm und bestand auε Keramikwolle. Der Rotor deε Heiεε- gasgebläses 39 bestand aus einer warmfesten Nickelbasis¬ superlegierung für Betriebstemperaturen bis 950°C. Für noch höhere Temperaturen können gegebenenfallε Rotoren auε keramischem Material wie Siliziumnitrid, Silizium¬ karbid oder Verbundkeramik eingesetzt werden. Da die Um¬ laufgasentnahme 36 im Glutbett der Beschickungεεäule er¬ folgt, iεt daε entnommene Gaε weitgehend frei von Teeren, Teerdestillaten, Phenolen, Alkoholen und Essigsäure, so dass nicht mit ernstlichen Hochtemperatur-Korrosionε- problemen gerechnet werden muεε. Enthält das Gaε jedoch nicht zu vernachläεεigende Schwefelmengen, muεε mit weit- gehend nickelfreien, dafür hochehromhaltigen Werkεtoffen gearbeitet werden.
Auεführungεbeiεpiel 4:
Siehe Figuren 3, 4, 8, 91
Eε wurde eine Anlage für die kontinuierliche Vergasung von stückiger Rohbraunkohle vorgesehen. Die grundsätz¬ lichen Bauelemente des Gaεgenerators waren die gleichen wie in Beispiel 1. Die Abmesεungen εind nachεtehend auf¬ geführt:
Innendurchmeεεer deε Reaktorεchachteε = 3000 mm
Höhe der oberen Schachtpartie ■= 2600 mm
Innendurchmesser des Auεεenmantelε = 5500 mm
Auεsendurchmesser des Aussenmantels = 5860 mm
Dicke der Aussenmanteliεolation = 180 mm
Max.imaler Herdinnendurchmeεser = 3200 mm
Min.imaler Herdinnendurchmesεer = 1600 mm (Verengerung)
Durchmesser des festen Zentralkörpers = 1440 mm Maχ.imale radiale Breite des ringförmigen
Durchlasses = 80 mm
Höhe des festen Zentralkörpers = 3000 mm
Oeffnungswinkel des sich verjüngenden Kegels = 35°
Oeffnungswinkel des sich erweiternden Kegels = 45°
Höhe des Herdeε = 5400 mm Totale Höhe deε Schachteε ohne Beεchickungε- und Austragsvorrichtung (aktiver Teil) = 9000 mm Querschnitt der schraubenlinienförmigen Kanäle = 120 dm 2
In Anbetracht deε bei den meisten unbehandelten, nicht aufbereiteten Braunkohlen nicht vernachläsεigbaren Schwe- felanteilε wurden im vorliegenden Fall an den kritiεchen Stellen nickelhaltige Werkstoffe vermieden. Die Bauteile des Reaktors 3, des Aussenmantelε 4, der Umkleidung deε Herdeε 8 und der schraubenlinienförmigen Kanäle 21 und 22 wurden aus einer ferritischen hochchromhaltigen, mit Aluminium- und Siliziumzusätzen dotierten Eisenbasiεlegie- rung hoher Oxydationε-, Zunder- und Korroεionεbeεtändig- keit gefertigt. Die tragenden Teile waren auε Blechen von 30 mm, die Wärmeauεtauεcher auε solchen von 10 mm Dicke hergestellt. Die wärmedämmenden Iεolierschichten 28, 29, 30 und 40 bestanden aus Al_0^-Filzstoffen mit einer ge¬ wissen Eigenfestigkeit. Die schraubenlinienförmigen Kanäle 21 und 22 waren gemäss Fig. 4 ineinandergeschachtelt analog Beispiel 2 angeordnet. Sie hatten einen quadratischen Quer¬ schnitt von 1100 mm x 1100 mm. Der Herd 8 gemäεs Fig. 9 beεtand auε zwei Teilen, einem peripheren Teil mit doppel¬ kegelförmigem konkaven Innenprofil mit Verengerung und einem in der unteren Partie zylindrischen, in der oberen kegelförmigen feεtεtehenden Zentralkörper. Beide Teile waren mit in Fig. 9 nicht eingezeichneten εchraubenlinien- fö.rmigen Kanälen für daε Vergaεungsmittel (analog Bezugs¬ zeichen 25 und 23 in Fig. 3) versehen. Der Kanal im peri¬ pheren Teil des Herdes 8 hatte einen kreisförmigen Quer-
2 schnitt von 20 dm und wies 5 1/2 Windungen auf. Die mittle¬ re Geschwindigkeit deε Vergasungsmittelε betrug in dieεe
Kanal ca. 30 m/ε. Der Herd im Zentralkörper hatte einen
2 kreisförmigen Querschnitt von 12 dm und wies 4 1/2 Win¬ dungen auf. Die entsprechende mittlere Geschwindigkeit, auf Normalzustand bezogen, betrug ca. 50 m/s. Der zwischen den beiden Herdteilen eingeschobene, drehbare und vertikal verschiebbare, als Gegenstück, Herdabschluss und Roεt dienende hohlkegelförmige Ringkörper 47 (Aussenkegel) war in Anbetracht der Forderung auf hohe Warmfestigkeit, Härte und Verschleiεεfähigkeit auε geεintertem Siliziumkarbid gefertigt .
Gemäεε Fig. 8 wurde ein Teil deε erzeugten Gasεtromes,
3 nämlich ca. 4 m /s ähnlich Beispiel 3 der Herdpartie ent¬ nommen (Umlaufgasentnahme 36) und mittels Heissgasgebläse 39 über den Gegenstrom-Wärmeauεtauscher 41 als Umlaufgas 42 in die obere Partie der Beschickungεεäule (Umlaufgas¬ rückgabe 37) injiziert. Dabei wurde daε Umlaufgaε 42 zu¬ sätzlich vom Heizgas 43 über die wärmeleitende Zwischen¬ wand 44 aufgeheizt (Wärmestrom Q mit Bezugszeichen 45).
2 Die Rohrleitung 38 hatte einen Querschnitt von 40 dm , so dasε die mittlere Gasgeschwindigkeit, auf Normalzuεtand bezogen, 10 m/s betrug. Für die Rohrleitung 38 und den
Wärmeaustauεcher 41 wurde ferritischer Cr/Al-Stahl von
12 mm Wandstärke verwendet. Die wärmedämmende Verkleidung
40 hatte eine Dicke von 100 mm und beεtand auε Al_0_.-Wolle Der Rotor des Heisεgaεgebläseε 39 beεtand auε einer war - feεten ferritiεchen Cr/Al/Si/Fe-Legierung.
Die zusätzlichen Konεtruktionεelemente wurden auε niedrig¬ gekohltem Stahlblech von ca. 25 mm Dicke gefertigt. Eε wird auf die Beεchreibung unter Beiεpiel 1 verwiesen.
Betriebsdaten und Ergebnisse für diesen Gasgenerator εtell- ten sich wie folgt:
Einsatzmaterial (Primärbrennεtoff) : stückige Rohbraun¬ kohle ( trocken) Durchsatz des Pr.imärbrennεtoffε: 6000 kg/h
Stückgrösεe des Einsatzes: 30 - 140 mm
3 Gasausbeute: 3,6 m /kg Einsatz
Gaεmenge: 21000 Nm3/h (= 6 m3/s)
Unterer Heizwert des Gaεeε (feucht): 3300 kJ/Nm3
Chemo-thermische Leistung des Gaseε
(Nennwert ) : 20000 kW
Mittlere Gaszusammensetzung: C0: 19 Vol.-%
H2: 7 Vol.-%
Figure imgf000031_0001
C02: 10 Vol.-%
N2 H20+02: Rest Auεführungεbeiεpiel 5 :
Siehe Figuren 3, 5, 8, 101
Die Anlage wurde für die kontinuierliche Entgasung von stückiger Steinkohle ausgelegt. Die Steinkohle hatte einen Gehalt von ca. 15 bis 20 % flüchtigen Bestandteilen. Neben einer beträchtlichen Menge an Halbkokε wurde ein Starkgas mit vergleichεweise hohem Heizwert produziert. Der Entga- sungsprozess wurde bei einer maximalen Temperatur in der Herdpartie von 550 C durchgeführt. Zum Anfahren der Anlage wurde zunächst mit Sauerstoffüberschusε gearbeitet, d.h. praktisch vergast, um die Beschickung auf Reaktionεtempe- ratur zu bringen. Dann wurde die Sauerεtoffzufuhr εo weit heruntergedrosselt, dasε bei Sauerεtoffunterεchuεε nur gerade die Wärmebilanz (Aufheizung der Beεchickung, endo- the.rme chemische Reaktionen) ausgeglichen wurde. Dies ent¬ sprach etwa 10 % der Menge der normalen Vergasungsluft. Es wurde auf möglichεt guten Wärmeaustausch und weitgehende Wärmerückgewinnung geachtet. Die Hauptabmesεungen des Gas¬ generators stellten sich wie folgt:
Innendurchmesser des Reaktorschachtes 1600 mm Höhe der oberen Schachtpartie = 2400 mm
Innendurchmesser des Aussenmantels : 3200 mm
Ausεendurchmeεser des Aussenmantels ■- 3520 mm
Dicke der Aussenmantelisolation 160 mm
Herdinnendurchmesser (peripherer Teil) = 1800 mm Maximaler Durchmesser des festen Zentralkörpers 1650 mm Fussdurchmesser des Zentralkörpers = 950 mm
Oeffnungswinkel des kegeligen Teils des Zentralkörpers 45
Max.imale radiale Breite des ringförmigen Durchlasses = 75 mm
Höhe des Herdeε (= Höhe des Zentralkörpers) = 3000 mm Totale Höhe deε Schachteε ohne Beεchickungε- und Auεtragsvorrichtung (aktiver Teil) = 6000 mm
2 Querschnitt der schraubenlinienförmigen Kanäle = 16,6 dm
Für die Blechkörper des Reaktors 3, deε Aussenmantelε 4 und der Umkleidung deε Herdes wurde ein auεtenitischer Cr/Ni-Stahl von 20 mm Dicke verwendet. Die wärmedämmenden Isolierschichten 28, 29, 30 und 40 bestanden auε Keramik- faεe.rmatten. Die schraubenlinienförmigen Kanäle 21 und 22 waren gemäss Fig. 5 angeordnet und bestanden inkluεive Zwiεchenwand 33 auε Cr/Ni-Stahlblech von 6 mm Dicke. Sie hatten eine radiale Breite von 350 mm und eine axiale Höhe von 475 mm. Der periphere Teil deε Herdeε 8 beεtand aus mehreren gesinterten vollen A1_0--Ringen und wies keine Kanäle auf. Der auε Al_0_.-Stampfmaεse hergestellte Zentral¬ körper des Herdes war mit einem in Fig. 10 nicht einge¬ zeichneten εchraubenlinienförmigen Kanal für daε Vergaεungε* mittel (im vorliegenden Fall nur in εehr reduzierter Menge
2 gebraucht), von 4 dm kreisförmigem Querschnitt versehen.
Bei vollem Vergaserbetrieb (Anfahren) beträgt hier die mittlere Geschwindigkeit ca. 20 m/s. Der zwiεchen beiden
Herdteilen eingeεchobene hohlkegelförmige Ringkörper 50 ( (IInnnneennkkeeggeell)) hhaattttee eeiinneenn OOeeffffnnuunnggεεwwiinkel von 45° und be- stand auε geεintertem Siliziumkarbid
Entsprechend Beispiel 4 war der Gasgenerator mit einer Einrichtung für Umlaufgas inklusive Wärmeauεtauεcher ge¬ mäss Fig. 8 (Bezugszeichen 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42,
43, 44, 45) ausgerüstet. Hier wurde nun ein Mehrfaches
3 des erzeugten Gasstromes, nämlich ca. 2 m /ε umgewälzt und über den Wärmeauεtauεcher 41 vom Heizgas 43 praktisch auf die Reaktionstemperatur von 550 C aufgeheizt. Die Rohr-
2 leitung 38 hatte einen Querschnitt von 20 dm , die mittlere
Gasgeschwindigkeit betrug 10 m/s. Im übrigen wird auf Bei¬ spiel 4 verwiesen. Als Werkstoff gelangte ein gewöhnlicher Cr/Ni-Stahl zur Verwendung. Ueber die verbleibenden Konstruktionεelemente wird auf Beispiel 1 verwieεen . Sie bestanden ausεchlieεεlich auε gewöhnlichem weichen Kohlenεtoffstahl von ca. 18 mm Dicke
In nachεtehender Zusammenstellung sind Betriebsdaten und Ergebnisse aufgeführt:
Einsatzmaterial (Primärbrennstoff): stückige Steinkohle
Durchsatz des Pr.imärbrennεtoffε: 3300 kg/h
Stückgrösse deε Einεatzeε: 20-75 mm
3 Gaεauεbeute: 0,9 m /kg Einsatz
Gasmenge: 3000 Nm3/h (= 835 dm3/s) Unterer Heizwert deε Gaεeε (feucht): 12000 kJ/Nm
Chemo-the.rmische Leistung deε Gaεeε
(Nennwert) : 1000C ) kW
Mittlere Gaεzuεammenεetzung: C0: 20 Vol.-%
H2: 4 Vol.-%
CH4: 26 Vol.-%
C02: 3 Vol.-%
N2+H20 02: Reεt
Eε versteht sich von selbst, dasε sämtliche, in den Auε- führungεbeiεpielen e.rwähnten Vorrichtungen mit den nötigen Ueberwachungε- und Steuergeräten wie Füllεtandεanzeigei; Sonden, The.rmoelemente, Manometer, Waagen, etc. auεge- rüstet waren. Da die hiefür notwendigen Apparaturen dem allgemein bekannten Stand der Technik angehören, erübrigt εich hier eine weitere detaillierte Beεchreibung. Eε soll nur darauf hingewiesen werden, dasε sich durch Einstellen und Verändern deε ringförmigen Durchlasses 15 die Bewegung der Beschickungssäule und der Austrag der Reaktionsprodukte und damit die gesamte Betriebsweise bezüglich Durchsatz des zu verarbeitenden Pr.imärbrennstoffs und der Vergaεungs- bzw. Entgasungstemperatur in weiten Grenzen variieren und den jeweiligen Anforderungen anpassen lässt. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeiεpiele be- εchränkt .
Daε Verfahren zur kontinuierlichen, mindeεtenε teilweiεen Ueberführung eineε festen stückigen Brennstoffs oder brennbaren Abfallstoffε in einen gasförmigen Brennstoff durch Vorsortierung, Aufbereitung, mindestens teilweise Entgasung und/oder mindestens teilweise Vergasung in einem vertikalachsigen schachtartigen Reaktor 3, wobei das Auε- gangsmaterial in Form einer nach abwärts rutschenden Be¬ schickungssäule 1 sukzessive eine Vorwärmungε- und Trock- nungε-, eine Entgasungs-, eine Oxydationε- und eine Reduk- tionεzone durchläuft, das vorgewärmte gasförmige Verga¬ sungsmittel zentral 13 in die untere Partie des Inneren der Beschickungssäule injiziert wird und die durch Ent¬ gasung und Vergasung erzeugten, schliesεlich den gewünεch- ten gaεförmigen Brennεtoff 14 bildenden gaε- und dampf¬ förmigen Reaktionεprodukte im Gleichstrom zur Beschickungε- säule vertikal absteigend nach unten geführt, nach oben umgelenkt und auf der Aussenseite der Reaktorwand strei¬ chend vertikal im Gegenstrom zur Beschickungssäule nach oben geleitet werden, wird durchgeführt, indem das gaε- fö.rmige Vergasungsmittel 2 mit hoher Geschwindigkeit zu¬ nächst in einer schraubenlinienförmigen, nach abwärts ge¬ richteten Bewegung 6 im Gegenstrom zu einer entsprechen¬ den aufwärts gerichteten schraubenlinienförmigen Bewegung 7 deε erzeugten gaεförmigen Brennεtoffε innerhalb der Mantelpartie 4 deε schachtartigen Reaktors 3 geführt und erwärmt wird, in ebenfalls εchraubenlinienförmiger Bewe¬ gung 9 durch daε Innere eines Herdkörpers 8 mit hoher Wärmekapazität geleitet und weiter erwärmt, am unteren Ende des Reaktors vertikal nach oben umgelenkt und nach Durchlaufen einer künstlich verlängerten Strecke 12 unter gleichzeitiger Weitererwärmung im Innern eines von unten in die untere Partie der Beεchickungεsäule hineinragenden Zentralkörpers in letztere injiziert wird, wobei der die Beschickungεsäule verlassende erzeugte gasförmige Brenn¬ stoff 14 durch einen ringförmigen Durchlass 15 nach unten ausgestossen, umgelenkt und mit hoher Geschwindigkeit im Gegenstrom 7 zum Vergasungsmittel 6 geführt und gekühlt wird, und indem ferner die hohe Wärmekapazität des Herd- körperε 8 zur Ueberbrückung von Betriebsunterbrüchen und zur Durchführung von ein best.immteε Temperaturprogramm erheischenden, dem kontinuierlichen Verfahren überlagerten intermittierenden Prozessen herangezogen wird.
In einer ersten Verfahrenεvariante wird als Ausgangεmate- rial im wesentlichen Steinkohle, Braunkohle oder Holz ver¬ wendet und der Prozess wird unter Sauerstoffmangel derge¬ stalt geführt, dass die Entgasung überwiegt und die Ver¬ gasung zurücktritt und bei wahlweise einstellbaren Maxi¬ maltemperaturen von 500 biε 1100 C neben dem hochwertigen gaεförmigen Brennεtoff 5 von hohem Heizwert alε weiteres Erzeugnis ein hochkohlenεtoffhaltiger Deεtillationsrück- stand 16 in Form von Koks, Halbkokε oder Holzkohle herge¬ stellt wird.
In einer zweiten Verfahrensvariante wird als Ausgangsmate¬ rial irgend ein kohlenstoffhaltiger Brennstoff oder Ab¬ fallstoff verwendet und der Prozess wird unter hinreichen¬ dem Sauerstoffangebot dergestalt geführt, dass die Ver¬ gasung überwiegt und bei der Durchführung der letzteren eine maximale Temperatur in der Beschickungsεäule von min- destenε 1200°C eingeεtellt wird, wobei alle kondensier¬ baren höheren KohlenstoffVerbindungen wie Teere, Phenole, Essigsäure, Alkohole thermisch zersetzt, pyrolytisch ge¬ spalten und in brennbare stabile Gase wie C0, H_ und CH umgewandelt werden. Vorzugsweise wird als Ausgangsmaterial ein kohlenstoffhaltiger Brennstoff und überwiegend ein Abfallstoff, der Cl-, F-, Zn-, Cd- und/oder Hg-haltig sein kann, ferner Müll, Kehricht, Klärschlamm in stückiger und/ oder brikettisierter oder pelletisierter Form oder in irgend einer anderen kompaktierten Form mit oder ohne Bindemittel verwendet und die Vergaεung bei einer max.ima- len Temperatur in der Beεchickungεεäule von mindeεtenε 1500 C oder mindestens oberhalb der Verdampfungstempera- tur der besagten giftigen Schwermetalle unter reduzieren¬ den Bedingungen durchgeführt, wobei die Schwermetalldämpfe in einer Vorlage kondensiert und abgezweigt oder durch Zuschlag in der Beschickung chemisch gebunden und in die Schlacke oder Asche abgeführt werden.
In einer weiteren Verfahrensvariante wird ein Teil des erzeugten gasförmigen Brennstoffε auε der unteren Partie der Beεchickungεsäule abgezweigt 36, gegebenenfalls unter Zuführung von Wärme 45 zusätzlich aufgeheizt und als Um¬ laufgas 42 in die obere Partie der Beεchickungsεäule zwecks Wä.rmeübertragung injiziert, 37, ferner wird wahlweiεe zum Auεgleich der Wärmebilanz kontinuierlich oder intermittie¬ rend H-,0-Dampf in die heisseste Zone des Glutbettes der Beschickungsεäule injiziert, wobei der Heizwert des zu erzeugenden gasförmigen Brennstoffs im Extremfall bis zu Werten eines Starkgases gesteigert wird.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der min¬ destens teilweisen Entgasung und/oder mindestens teil¬ weisen Vergasung eines vorsortierten, aufbereiteten festen stückigen Brennεtoffε oder brennbaren Abfallεtoffε besteht auε einem vertikalachsigen schachtartigen Reaktor 3 mit gasdichter Beschickungseinrichtung 51 und gasdich¬ ter Ascheaustrag-oder Schlackenaustrag-Einrichtung, ferner aus einer Einleitung 2 des gasförmigen Vergasungεmittelε und einer Ableitung 5 deε zu erzeugenden gaεförmigen Brennεtoffε sowie aus Wärmeaustauschern, wobei ein minde¬ stens teilweise mit einer hochfeuerfesten Auskleidung 17 versehener Reaktorschacht 3 und ein eine nach unten zu¬ nehmende Verengung aufweisender hochfeuerfester keramiεcher Herd 8, deεsen Unterseite mit einem als Rost mit veränder- barem Durchlassquerschnitt 15 wirkenden, vertikal ver¬ schiebbaren, drehbaren keramischen Gegenεtück abεchlieεs- bar iεt, ferner ein dreifacher zylindriεcher Mantel 4 sowie eine frei bewegliche Reaktorschacht-Aufhängung vorhanden ist, und für die Zufuhr des gasförmigen Vergasungsmittelε zwischen desεen Einleitung 2 und deεsen Ausstoεε 13 in die Beschickungssäule eine Reihe von nach steigender Temperatur hintereinander geεchalteter örtlich in fallender Richtung angeordneter im weεentlichen aus zylindrischen oder kege¬ ligen Grundformen bestehender Wärmeaustauscher, ferner ein keramischer Zentralkörper zur Führung und Injektion des gasförmigen Vergasungsmittels von unten in die untere Partie der Beschickungsεäule hinein vorgesehen ist, der vergleichsweise tief in letztere hineinragt.
In einer ersten Ausführung weist der Herd 8 eine radial nach innen gerichtete Verengung mit doppelkegelförmigem Innenprofil auf, wobei die Beschickungssäule .im Herdbe¬ reich auf jedem Niveau den Querschnitt eines Vollkreiseε mit abnehmendem Durchmesser ausfüllt, ferner εtellt der keramische Zentralkörper gleichzeitig das drehbare und vertikal verschiebbare Gegenstück in Form eineε Vollkegels 10 mit mindestens einem Zuführungskanal für das gaεförmige Vergasungsmittel dar.
In einer zweiten Ausführung weist der Herd 8 eine radial nach aussen gerichtete Verengerung mit kegel- oder para- boloidförmigem Innenkörper auf, wobei die Beschickungs¬ εäule im Herdbereich auf jedem Niveau den Querschnitt eines Kreisrings mit zunehmendem Innendurchmesεer aus¬ füllt, ferner steht der der Führung des gaεförmigen Ver¬ gaεungsmittels dienende Zentralkörper im Raum fest und ist Bestandteil des Herdeε 8, und daε dem Herdabεchluεs die¬ nende keramische Gegenstück hat die Fo.rm eineε hohlkegel¬ förmigen Ringkörpers mit Aussenkegel 47 oder Innenkegel 50, ist drehbar und vertikal verschiebbar und weist keine Kanäle auf.
Vorzugεweiεe iεt der hochfeuerfeεte keramiεche Herdkörper 8 mit Hohlräumen zur Führung des gasförmigen Vergaεungε- mittels ausgerüεtet, welche mindestens einen εchrauben¬ linienförmigen Kanal 25 auf einer virtuellen Doppelkegel¬ fläche oder Zylinderfläche darεtellen, dessen Querschnitt derart bemessen iεt, dasε die Geschwindigkeit des durch¬ strömenden Mediums mindestenε 5 m/ε beträgt. In analogem Sinne iεt der unter anderem der Führung deε gaεförmigen Vergaεungsmittels dienende Zentralkörper zu diesem Zweck in vorteilhafter Weise mit Hohlräumen in Form von minde- εtenε einer kegeligen Schraubenlinie 23 oder mindeεtens einer auf einer virtuellen Kegelmantelfläche aufgewickel¬ ten Wellenlinie 35 verεehen und besteht zwecks guter Wärme¬ leitung aus einem keramischen Werkstoff hoher Wärmeleit¬ fähigkeit und ist an seiner unteren Stirnfläche zur Herab¬ setzung von Wärmeverlusten mit einer wärmedämmenden Iso- lierεchicht 30 verkleidet. In vorteilhafter Weise ist der Herdkörper 8 konstruktiv derart voluminös gestaltet, dasε er eine hohe Wärmekapazität beεitzt und auε einem Werkstoff hoher εpezifiεcher Wärme wie hochkohlenεtoffhaltige Stampf- maεεe beεteht, in die eine auε Ringen und radialen Speichen beεtehende Armierung auε einem Werkεtoff hoher Wärmeleit¬ fähigkeit (wie Siliziumkarbid) zum Zwecke besserer radialer Wärmeleitung vom Glutbett der Beschickung in den Herdkörper 8 und umgekehrt eingebettet ist.
Die Vorrichtung ist ganz allgemein in vorteilhafter Weise derart konstruktiv gestaltet, dass die Mantelpartie 4 des Reaktorschachtε 3 mit einer die Aussenhaut bildenden wärme¬ dämmenden Isolierschicht 28 ausgerüstet ist und dasε εich zwischen dem Aussenmantel 4 und der eigentlichen Reaktor¬ wand 3 ein aus schraubenlinienförmigen Elementen bestehen¬ der Gegenstro wärmeaustauscher zur Wärmeübertragung vom erzeugten gasförmigen Brennεtoff auf daε gaεförmige Ver¬ gasungsmittel befindet, dergestalt, dasε entweder in einer Schicht angeordnete, ineinandergeschachtelte, abwechεlungs- weiεe vom einen und anderen gasförmigen Medium in entgegen¬ gesetzter Richtung mit einer Geschwindigkeit von minde- εtenε 3 m/ε durchströmte schraubenlinienförmige Kanäle 21; 22 vorhanden sind oder daεε in zwei Schichten angeordnete entεprechende schraubenlinienförmige Kanäle 21; 22 vorhan¬ den sind, wobei diejenigen für das gasförmige Vergasungs¬ mittel ausεen, diejenigen für den erzeugten gasförmigen Brennstoff innen liegen und durch einen wärmeleitenden Zwiεchenmantel 33 getrennt εind.
Vorteile der Erfindung:
Daε Verfahren ermöglicht die Erreichung höchεtmöglicher Energieumwandlungε-Wirkungsgrade dank optimaler Wärme¬ rückgewinnung.
Daε Verfahren geεtattet die gröεεtmögliche Breite der Prozeεεführung, angefangen von der Tieftemperatur-Ent- gasung bis zur Höchεttemperatur-Vergaεung inkluεive aller Kombinationsmöglichkeiten εowohl ε.imultan kontinuierlich wie nacheinander intermittierend.
Daε Verfahren liefert einen gaεförmigen Sekundärbrenn- Stoff hoher Reinheit und macht die Installation zusätz¬ licher Einrichtungen wie Gasreiniger und Katalysatoren überflüssig.
Die Vorrichtung ist universell verwendbar und für die Verarbeitung und Umwandlung der verschiedensten Primär¬ brennstoffe und Abfallstoffe von der Steinkohle über das Holz biε zum Müll und Klärschlamm gleicherweiεe einεetz- bar. Die Vorrichtung in ihrer vollständigen Ausführung lässt sich wahlweise für die Erzeugung eines Schwachgaseε oder eineε Starkgaεes betreiben und geεtattet die kurzfristige Umstellung der einen auf die andere Betriebsart ohne Umbau und Zusatzeinrichtungen.
Die Vorrichtung ist in ihrem Aufbau einfach und stellt keine hohen Ansprüche an ihre Wartung.
Die Vorrichtung läεεt εich nach dem Baukastenprinzip von der einfachsten, pr.imitivsten Grundform biε zur höchst¬ entwickelten Auεführung für Spezialzwecke in wirtεchaft- licher Weise fabrizieren und zusammenstellen.
Die Vorrichtung lässt εich für einen weiten chemo-ther- mischen eistungεbereich deε Gaseε von 500 kW biε 20000 kW auεführen.

Claims

Patentanεprüche
Verfahren zur kontinuierlichen, mindestens teilweisen Ueberführung eines festen stückigen Brennstoffε oder brennbaren Abfallεtoffε in einen gaεförmigen Brennεtoff durch Vorsortierung, Aufbereitung, mindestenε teil- weiεe Entgaεung und/oder mindeεtens teilweise Vergaεung in einem vertikalachsigen εchachtartigen Reaktor (3), wobei daε Auεgangεmaterial in Form einer nach abwärtε rutεchenden Beεchickungεsäule (1) sukzeεεive eine Vorwärmungε- und Trocknungs-, eine Entgasungs-, eine Oxydationε- und eine Reduktionszone durchläuft, daε vorgewärmte gasförmige Vergasungεmittel zentral (13) in die untere Partie deε Inneren der Beεchickungs- εäule injiziert wird und die durch Entgaεung und Vergaεung erzeugten, εchlieεεlich den gewünεchten gaεförmigen Brennεtoff (14) bildenden gaε- und dampf¬ förmigen Reaktionsprodukte .im Gleichstrom zur Beεchik- kungssäule vertikal abεteigend nach unten geführt, nach oben umgelenkt und auf der Ausεenεeite der Reaktor¬ wand streichend vertikal .im Gegenstrom zur Beschickungs¬ säule nach oben geleitet werden, dadurch gekennzeichnet, dasε daε gaεförmige Vergasungsmittel
(2) mit hoher Geschwindigkeit zunächst in einer schraubenlinienförmi¬ gen, nach abwärts gerichteten Bewegung (6) im Gegen¬ strom zu einer entsprechenden aufwärts gerichteten schraubenlinienförmigen Bewegung (7) des erzeugten gasförmigen Brennstoffε innerhalb der Mantelpartie (4) des schachtartigen Reaktors
(3) geführt und er¬ wärmt wird, in ebenfalls schraubenlinienförmiger Bewegung (9) durch daε Innere eines Herdkörpers (8) mit hoher Wärmekapazität geleitet und weiter erwärmt, am unteren Ende des Reaktors vertikal nach oben umge¬ lenkt und nach Durchlaufen einer künstlich verlänger¬ ten Strecke (12) unter gleichzeitiger Weitererwärmung im Innern eineε von unten in die untere Partie der Beεchickungεεäule hineinragenden Zentralkörpers (10) in letztere injiziert wird, und dass der die Beschik- kungεεäule verlaεεende erzeugte gaεförmige Brennεtoff (14) durch einen ringförmigen Durchlasε (15) nach unten ausgeεtoεεen, umgelenkt und mit hoher Geεchwin- digkeit .im Gegenεtrom (7) zum Vergaεungsmittel (6) geführt und gekühlt wird, und daεs die hohe Wärmekapa¬ zität des Herdkörpers (8) zur Ueberbrückung von Be- triebεunterbrüchen und zur Durchführung von ein be- εt.immteε Temperaturprogramm erheiεchenden , dem konti¬ nuierlichen Verfahren überlagerten intermittierenden Prozeεεen herangezogen wird.
Verfahren nach Anεpruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangεmaterial .im wesentlichen Steinkohle, Braunkohle oder Holz verwendet wird und dasε der Prozeεε dergeεtalt geführt wird, daεε die Entgaεung überwiegt und die Vergaεung zurücktritt und daεε bei wahlweise einstellbaren Max.imaltemperaturen von 500 bis 1100 C neben dem hochwertigen gasförmigen Brennεtoff (5) von hohem Heizwert alε weitereε Erzeug- niε ein hochkohlenstoffhaltiger Destillationεrückεtand (16) in Form von Kokε , Halbkoks oder Holzkohle herge¬ stellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dasε alε Auεgangsmaterial irgend ein kohlenstoffhalti¬ ger Brennstoff oder Abfallεtoff verwendet wird und daεε der Prozeεε dergeεtalt geführt wird, daεε die Vergaεung überwiegt und daεs bei der Durchführung der letzteren eine max.imale Temperatur in der Be- εchickungsεäule von mindeεtens 1200 C eingestellt wird, dergestalt, dass alle kondensierbaren höheren KohlenstoffVerbindungen wie Teere, Phenole, Eεεig- säure, Alkohole thermisch zersetzt, pyrolytisch ge- εpalten und in brennbare stabile Gase wie C0 , H_, CH. und Ballaststoffe umgewandelt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsmaterial ein kohlenstoffhaltiger Brennstoff und überwiegend ein Abfallstoff, der Cl-, F-, Zn-, Cd- und/oder Hg-haltig sein kann, ferner Müll, Kehricht, Klärschlamm in stückiger und/oder brikettisierter oder pelletisierter Form oder in irgend einer anderen kompaktierten Form mit oder ohne Bindemittel verwendet wird und daεε die Verga¬ εung bei einer max.imalen Temperatur in der Beεchik- kungεεäule von mindeεtenε 1500 C oder mindeεtenε oberhalb der Verdampfungεtemperatur der besagten giftigen Schwermetalle unter reduzierenden Bedingungen durchgeführt und die Schwermetalldämpfe in einer Vorlage kondenεiert und abgezweigt oder durch Zu- εchlag in der Beschickung chemisch gebunden und in die Schlacke oder Asche abgeführt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des erzeugten gasförmigen Brennεtoffε auε der unteren Partie der Beεchickungεsäule abge¬ zweigt ( 36), gegebenenfallε unter Zuführung von Wärme (45) zuεätzlich aufgeheizt und alε Umlaufgaε (42) in die obere Partie der Beεchickungεsäule zwecks Wärmeübertragung injiziert (37) wird und daεε wahl- weiεe zum Auεgleich der Wärmebilanz kontinuierlich oder intermittierend H_0-Dampf in die heisseste Zone des Glutbettes der Beschickungεεäule injiziert wird, dergeεtalt, dass der Heizwert des zu erzeugenden gasförmigen Brennstoffs .im Extremfall biε zu Werten eineε Starkgaεeε geεteigert wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der min- deεtenε teilweiεen Entgasung und/oder mindeεtenε teilweiεen Vergasung eines vorεortierten, aufbereite- ten feεten εtückigen Brennεtoffε oder brennbaren Abfallεtoffε nach Anεpruch 1, wobei die Vorrichtung auε einem vertikalachsigen schachtartigen Reaktor (3) mit gasdichter Beschickungseinrichtung (51) und gasdichter Aεcheauεtrag- oder Schlackenaustrag-Ein- richtung, ferner aus einer Einleitung (2) des gas¬ förmigen Vergasungsmittels und einer Ableitung (5) des zu erzeugenden gaεförmigen Brennstoffs sowie aus Wärmeaustauschern beεteht, dergestalt, dasε ein mindeεtens teilweise mit einer hochfeuerfesten Aus¬ kleidung (17) versehener Reaktorschacht (3) und ein eine nach unten zunehmende Verengung aufweisender hochfeuerfester keramischer Herd (8), dessen Unter¬ seite mit einem als Roεt mit veränderbarem Durchlaεε- querschnitt (15) wirkenden, vertikal verschiebbaren, drehbaren keramischen Gegenεtück abεchlieεεbar ist, ferner ein dreifacher zylindrischer Mantel (4) sowie eine frei bewegliche Reaktorschacht-Aufhängung vorge¬ sehen ist, dadurch gekennzeichnet, daεε für die Zufuhr deε gasförmigen Vergasungεmittels zwischen deεsen Einleitung (2) und dessen Ausεtoεε (13) in die Be- schickungssäule eine Reihe von nach steigender Tempe¬ ratur hintereinander geschalteter örtlich in fallen¬ der Richtung angeordneter im wesentlichen aus zylin¬ drischen oder kegeligen Grundformen bestehender Wärme¬ austauscher vorgesehen ist, und dasε ein keramiεcher Zentralkörper zur Führung und Injektion deε gaεförmi¬ gen Vergasungsmittelε von unten in die untere Partie der Beschickungssäule hinein vorgesehen ist, der vergleichsweise tief in letztere hineinragt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dasε der Herd (8) eine radial nach innen gerichtete Verengung mit doppelkegelförmigem Innenprofil aufweiεt, dergestalt, dass die Beschickungsεäule .im Herdbereich auf jedem Niveau den Querschnitt eines Vollkreiεeε mit abnehmendem Durchmesser ausfüllt, und daεε der keramische Zentralkörper gleichzeitig das drehbare und vertikal verschiebbare Gegenεtück in Form eines Vollkegelε (10) mit mindeεtenε einem Zuführungεkanal für daε gaεförmige Vergaεungεmittel darεtellt.
8. Vorrichtung nach Anεpruch 6, dadurch gekennzeichnet, daεε der Herd (8) eine radial nach aussen gerichtete Verengerung mit kegel- oder paraboloidförmigem Innen¬ körper aufweist, dergestalt, dass die Beεchickungs- säule .im Herdbereich auf jedem Niveau den Querschnitt eineε Kreisrings mit zunehmendem Innendurchmesεer auεfüllt, und daεε der der Führung deε gaεförmigen Vergasungsmittelε dienende Zentralkörper im Raum feεt steht und Bestandteil des Herdes (8) iεt, und daεε ferner daε den Herdabεchluεε dienende keramiεche Gegenεtück die Form eines hohlkegelförmigen Ringkörpers mit Aussenkegel (47) oder Innenkegel (50) hat, drehbar und vertikal verschiebbar ist und keine Kanäle auf¬ weiεt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der hoch-feuerfeste keramische Herdkörper (8) mit Hohlräumen zur Führung des gaεförmigen Vergaεungε- mittels ausgerüstet ist, welche mindestenε einen schraubenlinienförmigen Kanal (25) auf einer virtuellen Doppelkegelfläche oder Zylinderfläche darεtellen, deεsen Querschnitt derart bemessen ist, daεε die Geεchwindigkeit des durchströmenden Mediumε mindeεtenε 5 m/ε beträgt.
10. Vorrichtung nach Anεpruch 6, dadurch gekennzeichnet, daεε der unter anderem der Führung deε gaεförmigen Vergasungsmittels dienende Zentralkörper zu diesem Zweck mit Hohlräumen in Form von mindestenε einer kegeligen Schraubenlinie (23) oder mindeεtenε einer auf einer virtuellen Kegelmantelfläche aufgewickel¬ ten Wellenlinie (35) versehen iεt und dass er zwecks guter Wärmeleitung aus einem ker-amiεchen Werkεtoff hoher Wärmeleitfähigkeit beεteht und an εeiner unte¬ ren Stirnfläche zur Herabεetzung von Wärmeverlusten mit einer wärmedämmenden Isolierεchicht (30) ver¬ kleidet iεt.
11. Vorrichtung nach Anεpruch 6, dadurch gekennzeichnet, daεε der Herdkörper (8) konstruktiv derart voluminös geεtaltet ist, dass er eine hohe Wärmekapazität besitzt und dass er aus einem Werkstoff hoher spezi¬ fischer Wärme wie hochkohlenεtoffhaltige Stampfmaεεe beεteht, in die eine .auε Ringen und radialen Speichen beεtehende Armierung auε einem Werkstoff hoher Wärme¬ leitfähigkeit (wie Siliziumkarbid) zum Zwecke besserer radialer Wärmeleitung vom Glutbett der Beschickung in den Herdkörper (8) und umgekehrt eingebettet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelpartie (4) des Reaktorschachts (3) mit einer die Ausεenhaut bildenden wärmedämmenden Isolierschicht (28) ausgerüstet iεt und daεε εich zwiεchen dem Auεsenmantel (4) und der eigentlichen Reaktorwand (3) ein aus schraubenlinienförmigen Elementen bestehender Gegenstromwärmeaustauscher zur Wärmeübertragung vom erzeugten gasförmigen Brenn¬ stoff auf das gasförmige Vergasungsmittel befindet, dergestalt, dass entweder in einer Schicht angeord¬ nete, ineinandergeschachtelte, abwechslungεweiεe vom einen und anderen gasförmigen Medium in entgegen¬ gesetzter Richtung mit einer Geschwindigkeit von mindestenε 3 m/s durchströmte schraubenlinienförmige Kanäle (21; 22) vorhanden sind oder dasε in zwei Schichten angeordnete entsprechende Schraubenlinien- förmige Kanäle (21; 22) vorhanden sind, wobei die¬ jenigen für daε gasförmige Vergasungεmittel auεεen, diejenigen für den erzeugten gasförmigen Brennεtoff innen liegen und durch einen wärmeleitenden Zwischen* antel (33) getrennt sind.
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