WO2012034148A1 - Vorrichtung zur einbringung von biomaterial in einen brenn- oder vergaserraum - Google Patents

Vorrichtung zur einbringung von biomaterial in einen brenn- oder vergaserraum Download PDF

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    • F23K2203/20—Feeding/conveying devices
    • F23K2203/203—Feeding/conveying devices using pistons or rams

Definitions

  • the invention relates to a device for introducing biomaterial into a pressure-loaded combustion or gasification chamber.
  • non-biogenic fuels comminuted plastic, garbage, rubber, but also e.g. Mineral used motor oil or sewage sludge be cited as a liquid additive.
  • Rotary valves must be worked very precisely, so that an effective lock function is given. As a result of abrasion on the sliding surfaces or distortion due to the effects of heat, these devices lose their tightness very quickly.
  • Rotary valves are expensive, can only be used at low pressure differences and are subject to high wear combined with loss of function.
  • Another disadvantage is that each cell their pressure volume, which is subject to the delivery of the fuel into the combustion chamber the combustion chamber pressure, the new charge from the
  • Firing chamber Pressure swing locks, separately or coupled with a rotary valve, have similar disadvantages of recurring pressure discharge from the system and are also subject to high wear, especially on the sealing surfaces by abrasion or heat.
  • the systems are expensive and maintenance-intensive, and do not provide an effective technical seal to the atmospheric environment, especially at higher pressures and higher temperatures.
  • Pressing, stuffing or compressor screw work on the principle of a narrowing screw, in which a compression of the fuel and thus a pressure lock function is achieved.
  • These systems are often also designed as conical screws.
  • a disadvantage of these systems is the fact that at too high friction adhesion of the fuel to be transported in the screw can be done and consequently no transport function is given more.
  • the system must be turned off and the worm gear to be cleaned consuming and manually. StopfSchnecken are often made of expensive, forged materials because of the risk of breakage and can be used effectively only at low pressure differences.
  • the invention aims to provide a Druckvergaservorraum of the initially mentioned type, which avoids the disadvantages mentioned.
  • the device according to the invention is characterized by a pressure tube equipped with a feed device for biomaterial, in which a plunger against a pressure lock to the combustion or gas chamber to form a pressure plug of biomaterial against the combustion chamber, preferably by entering hydrolysis and thereby bonding and Kom pakttechnik of the biomaterial, seals and periodically against the combustion chamber is advanced, is guided back and forth.
  • the invention is thus based on the compression of the biomaterial by means of a plunger in a pressure tube. Due to the resulting Wandlaibung of the material in the pressure tube, such a high resistance builds up that the fuel plug formed against the internal pressure forms an effective lock to the atmospheric environment.
  • the plunger moves axially back and forth in the pressure tube and conveys always new biomaterial into the pressure tube with each stroke, whereby this compresses highly and the resulting pressure plug is pushed a little further.
  • a pellet of biomaterial is formed at each stroke of the plunger, which further pushes the already formed Druckstopfenpellet.
  • the plunger in the pressure tube with a frequency of up to 600 strokes / min can be actuated, and can be acted upon with a load of up to 300 t.
  • the plunger can also work with 1-10 forward movements per second, preferably with load application, depending on the dimensioning of the system and the formation of the Pressure stamp between a few kg (eg hammer) and several hundred tons are (hydraulics) can.
  • the apparatus is located in a pressure-gasifier space (not shown) generally designated 1 and under a pressure of 30-50 bars, but also at a substantially higher pressure, e.g. 150 bar, can be operated if the process requires it.
  • a pressure-gasifier space (not shown) generally designated 1 and under a pressure of 30-50 bars, but also at a substantially higher pressure, e.g. 150 bar, can be operated if the process requires it.
  • An essential feature of the pressure gasifier is the use of pure oxygen for the gasification process.
  • the efficiency is decisively increased since no heat energy can be withdrawn from the system by warming up the useless air nitrogen.
  • pressure gasifier Another important feature of the pressure gasifier is an integrated heat recovery, in which the water used for cooling in hot steam and then completely passes into synthesis gas, filtered and then condensed out under pressure.
  • the bio-fuel is introduced according to the invention ⁇ pressure gasifier via a supply means 2 in the pressure tube 3, which is designed to high temperatures or with a (not shown) cooling device.
  • the pressure tube 3 which at its outlet end in the combustion or
  • the plunger 4 compresses the introduced biomaterial in a pressure lock 5 of the pressure tube 3, so that a pressure plug 6 is formed in the form of a pellet of biomaterial, which is progressively advanced into the combustion or gas chamber 1.
  • the pressure plug 6 also serves to seal the pressure tube 3 against the combustion or gasifier chamber.
  • the invention thus provides a simple and safe and cost-effective device for intermittently introducing the compacted biomaterial into the combustion or gasifier space which is homogenized by the pressurization, e.g. Hydrolysis may cause sticking and compaction of the material.
  • the pressure stamp can be designed as a hydraulic ram or gas pressure ram.
  • the drive can also be designed mechanically as a pressure spindle press, electric pressure cylinder, hammer or crankshaft ram flywheel system.

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Abstract

Vorrichtung zur Einbringung von Biomaterial in einen druckbeladenen Brenn- oder Vergaserraum (1), mit einer Zuführeinrichtung (2) für Biomaterial zu einem Druckrohr (3), in welchem ein Druckstempel (4) gegen eine Druckschleuse (5) zum Brenn- oder Vergaserraum (1) unter Bildung eines Druckstopfens (6) aus Biomaterial, der gegen den Brennraum (1) abdichtet und periodisch gegen den Brennraum (1) vorgeschoben wird, hin- und herbewegbar geführt wird.

Description

Vorrichtung zur Einbringung von Biomaterial in einen Brenn- oder Vergaserraum
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Einbringung von Biomaterial in einen druckbeladenen Brenn- oder Vergaserraum.
Derzeit bekannte Verfahren zur Einbringung eines vorwiegend festen Brennstoffes biogener und nichtbiogener Herkunft oder einer Kombination solcher Brennstoffe in einen Brenn- oder Vergaserraum zur Strom-, Wärme- und Kälteproduktion sind:
• Zellradschleusen
• Druckwechselschleusen
• Preß-, Stopf- oder Verdichterschnecken
Als biogene Brennstoffe können Holzhackschnitzel, Sägespä- ne oder -mehl, Laub, Grasschnitt, Stroh, zerkleinerter Abfall aus der Wald-, Forst- und Landwirtschaft, Preßrückstände, aber auch z.B. Altspeisefett als flüssiger Zusatz genannt werden.
Als nichtbiogene Brennstoffe können zerkleinerter Kunststoff, Müll, Gummi, aber auch z.B. mineralisches Altmotoröl oder Klärschlamm als flüssiger Zusatz angeführt werden.
Der bekannte Stand der Technik hat zahlreiche Nachteile.
Zellradschleusen müssen sehr genau gearbeitet sein, damit eine wirkungsvolle Schleusenfunktion gegeben ist. Durch Abrieb an den Gleitflächen bzw. Verzug durch Hitzeeinwirkung verlie- ren diese Geräte sehr schnell an Dichtheit. Zellradschleusen sind teuer, nur bei geringen Druckdifferenzen einsetzbar und unterliegen einer hohen Abnutzung verbunden mit Funktionsverlust. Weiter ist nachteilig, daß jede Zelle ihr Druckvolumen, welches nach Abgabe des Brennstoffes in den Brennraum dem Brennraumdruck unterliegt, beim neuen Ladevorgang aus dem
Brennraum ausbringt . Druckwechselschleusen, separat oder gekoppelt mit einer Zellradschleuse, haben ähnliche Nachteile der wiederkehrenden Druckaustragung aus dem System und unterliegen ebenfalls einer hohen Abnützung, insbesondere an den Dichtflächen durch Abrieb oder Hitzeeinwirkung. Die Systeme sind teuer und wartungsintensiv, und stellen vor allem bei höheren Drücken und höheren Temperaturen keine wirkungsvolle technische Abdichtung zur atmosphärischen Umgebung dar.
Preß-, Stopf- oder Verdichterschnecken arbeiten nach dem Prinzip eines sich verengenden Schneckenganges, in dem eine Verdichtung des Brennstoffes und somit eine Druckschleusenfunktion erreicht wird. Diese Systeme sind häufig auch als Konusschnecken ausgeführt. Nachteilig bei diesen Systemen ist der Umstand, daß bei zu hoher Reibung eine Anhaftung des zu transportierenden Brennstoffes im Schneckengang erfolgen kann und folglich keine Transportfunktion mehr gegeben ist. Die Anlage muß abgestellt und der Schneckengang aufwendig und händisch gereinigt werden. StopfSchnecken sind wegen der Bruchgefahr oft aus teuren, geschmiedeten Materialien angefertigt und können nur bei geringen Druckdifferenzen wirkungsvoll eingesetzt werden.
Die Erfindung zielt darauf ab, eine Druckvergaservorrichtung der einleitend angegebenen Art zu schaffen, welche die genannten Nachteile vermeidet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich aus durch ein mit einer Zuführeinrichtung für Biomaterial ausgestattetes Druckrohr, in welchem ein Druckstempel gegen eine Druckschleuse zum Brenn- oder Vergaserraum unter Bildung eines Druckstopfens aus Biomaterial, der gegen den Brennraum, vorzugsweise durch eintretende Hydrolyse und dadurch Verklebung sowie Kom- paktierung des Biomaterials, abdichtet und periodisch gegen den Brennraum vorgeschoben wird, hin- und herbewegbar geführt wird .
Die Erfindung basiert somit auf der Kompression des Biomaterials mittels eines Druckstempels in einem Druckrohr. Durch die entstehende Wandlaibung des Materials im Druckrohr baut sich ein derart hoher Widerstand auf, daß der gegen den Innendruck gebildete Brennstoffstopfen eine wirkungsvolle Schleuse zur atmosphärischen Umgebung bildet . Der Druckstempel bewegt sich in dem Druckrohr axial vor und zurück und fördert bei je- dem Hub immer neues Biomaterial in das Druckrohr, wobei dieses hochkomprimiert und der entstandene Druckstopfen ein Stück weitergeschoben wird.
Durch Reibung sowie die hohe adiabatische Kompression des eingebrachten Biomaterials wird dieses homogenisiert, infolge der chemischen Aggressivität des heißen Wasserdampfes, welcher aus der Restfeuchte des Materials stammt, hydrolysiert das Biomaterial an der Oberfläche, was z.B. bei Zellulose Zuckermoleküle freisetzt, welche ihrerseits das Material verkleben, wodurch der entstandene Druckstopfen den Eingang in den Brenn- oder Vergaserraum abdichtet und auf diese Weise als Druckschleuse wirkt .
Vorzugsweise wird bei jedem Hub des Druckstempels ein Pellet aus Biomaterial gebildet, welches das bereits gebildete Druckstopfenpellet weiterschiebt .
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Druckstempel im Druckrohr mit einer Frequenz von bis zu 600 Hüben/ min betätigbar, und kann mit einer Last von bis zu 300 t beaufschlagbar sein.
Der Druckstempel kann aber auch mit 1-10 Vorwärtsbewegun- gen pro Sekunde arbeiten, vorzugsweise mit Lastbeaufschlagung, die je nach Dimensionierung der Anlage und Ausbildung des Druckstempels zwischen wenigen kg (z.B. Hammer) und mehreren hundert Tonnen liegen (Hydraulik) kann.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, in der schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Schnitt gezeigt ist.
Die Vorrichtung ist in einem (nicht weiter dargestellten) Druckvergaserraum angeordnet, der allgemein mit 1 bezeichnet ist und unter einem Druck von 30-50 bar steht, aber auch unter einem wesentlich höheren Druck, z.B. 150 bar, betrieben werden kann, wenn der Prozeß dies erfordert. Durch Überhitzung der Gase im Brenn- oder Vergaserraum 1 auf eine Temperatur von zwischen 200 und 1600 °C erfolgt das Aufcracken aller der beim Vergasungsprozeß entstehenden störenden Verbindungen, wie z.B. langkettige Teerverbindungen usw.
Ein wesentliches Merkmal des Druckvergasers ist die Verwendung reinen Sauerstoffes für den Vergasungsvorgang. Es wird damit der Wirkungsgrad entscheidend erhöht, da keine Wärmeenergie durch Aufwärmen des nutzlosen Luftstickstoffes dem Sy- stem entzogen werden kann.
Ein weiteres wesentliches Merkmal des Druckvergasers stellt eine integrierte Wärmerückgewinnung dar, bei welcher das zur Kühlung verwendete Wasser in Heißdampf und anschließend vollständig in Synthesegas übergeht, gefiltert und an- schließend unter Druck auskondensiert wird.
Der Biobrennstoff wird beim erfindungsgemäßen Druckvergaser über eine Zuführeinrichtung 2 in das Druckrohr 3 einge¬ bracht, das hochtemperaturfest ausgebildet oder mit einer (nicht gezeigten) Kühlvorrichtung ausgestattet ist. In dem Druckrohr 3, das an seinem Austrittsende in den Brenn- oder
Vergaserraum 1 verjüngt, aber auch gerieft ausgebildet sein kann, ist ein durch eine nicht gezeigte Antriebsvorrichtung periodisch angetriebener Druckstempel 4 mit einer Frequenz von bis zu 600 Hüben/min und einem Lasthub von bis zu 300 t hin- und herbewegbar geführt . Der Druckstempel 4 verdichtet das eingebrachte Biomaterial in einer Druckschleuse 5 des Druckrohres 3, so daß ein Druckstopfen 6 in Form eines Pellets aus Biomaterial gebildet wird, das in den Brenn- oder Vergaserraum 1 schrittweise vorgeschoben wird. Der Druckstopfen 6 dient zugleich zur Abdichtung des Druckrohres 3 gegen den Brennoder Vergaserraum 1.
Die Erfindung schafft somit eine einfache und sichere sowie kostengünstige Vorrichtung zum stoßweisen Einbringen des verdichteten Biomaterials in den Brenn- oder Vergaserraum, das durch die Druckbeaufschlagung homogenisiert wird, wobei z.B. durch Hydrolyse eine Verklebung und Kompaktierung des Materials auftreten kann. Der Druckstempel kann als Hydraulikstempel oder Gasdruckstempel ausgebildet sein. Der Antrieb kann auch mechanisch als Druckspindelpresse, Elektrodruckzylinder, Hammer oder als Kurbelwellen-Stößel-Schwungradsystem ausgeführt sein .
Es versteht sich für den Fachmann, daß das geschilderte Ausführungsbeispiel im Rahmen des Erfindungsgedankens verschiedentlich abgewandelt werden kann, insbesondere was die Zuführeinrichtung und den Antrieb des Druckstempels betrifft.

Claims

Patentansprüche :
1. Vorrichtung zur Einbringung von Biomaterial in einen druckbeladenen Brenn- oder Vergaserraum (1), gekennzeichnet durch ein mit einer Zuführeinrichtung (2) für Biomaterial ausgestattetes Druckrohr (3) , in welchem ein Druckstempel (4) gegen eine Druckschleuse (5) zum Brenn- oder Vergaserraum (1) unter Bildung eines Druckstopfens (6) aus Biomaterial, der gegen den Brennraum (1) , vorzugsweise durch eintretende Hydroly- se und dadurch Verklebung sowie Kompaktierung des Biomaterials, abdichtet und periodisch gegen den Brennraum (1) vorgeschoben wird, hin- und herbewegbar geführt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Biomaterial mittels des Druckstempels (4) zu aufeinan- derfolgenden, gegen den Brenn- und Vergaserraum (1) vorschiebenden, Pellets geformt wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckrohr (3) aus hochtemperaturfestem Material ausgebildet und/oder mit einer Kühleinrichtung ausgestat- tet und vorzugsweise am Austrittsende verjüngt oder gerieft ausgebildet ist .
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckstempel (4) im Druckrohr (3) mit einer Frequenz von bis zu 600 Hüben/min betätigbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckstempel (4) mit einer Last von bis zu 300 t beaufschlagbar ist.
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