[0001] Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Vergasung von organischen Stoffen zur Gewinnung von elektrischer und thermischer Energie gemäss Oberbegriff der Patentansprüche 1, 6, 9, 11 und 13.
[0002] Aus dem Stand der Technik sind seit Jahrzehnten Holzvergasungsanlagen bekannt. Während des Zweiten Weltkrieges wurden Holzvergasungsanlagen häufig an Automobilen angebaut, um das zu jener Zeit nicht vorhandene Benzin zu ersetzen. Die bei der Holzvergasung gleichzeitig entstehende Wärme wurde bei diesen Anlagen ungenutzt ins Freie abgeleitet. In jüngerer Zeit sind Holzvergasungsanlagen bekannt geworden, welche einerseits mit dem erzeugten Gas über eine Verbrennungsmaschine mechanische Energie erzeugen und diese für den Antrieb eines Generators nutzen. Die gleichzeitig entstehende Wärmeenergie kann zu Heizzwecken oder als Prozesswärme in verschiedenen technischen Bereichen genutzt werden. Die Verwendung der durch die Holzvergasung erzeugten elektrischen Energie ist problemlos verwertbar, da sie ins öffentliche Netz einspeisbar ist.
Hingegen kann nicht immer mit einem kontinuierlichen Verbrauch von thermischer Energie gerechnet werden.
[0003] Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zur Vergasung von organischen Stoffen zur Gewinnung von elektrischer und thermischer Energie, welche einen kontinuierlichen Betrieb ermöglicht, d.h. bei welcher die erzeugte Wärme im wesentlichen unabhängig von den Verbrauchern einer Zwischenspeicherung zuführbar ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Entleerung des Reaktors bei einer Verstopfung/Verklumpung der zu vergasenden Stoffe einfach zu gestalten. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin zu vermeiden, dass Teer in das gewonnene Gas gelangen kann.
[0004] Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen der Patentansprüche 1, 6, 9, 11 und 13. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen umschrieben.
[0005] Bei der Vergasung von Holz und anderen organischen Stoffen wird dem heissen Gas die Wärme durch entsprechende Wärmetauscher soweit wie möglich entzogen und einerseits zur Erwärmung von Wasser eingesetzt, welches in einem entsprechend dimensionierten und isolierten Behälter zwischengespeichert werden kann, bevor es - sei es als Heiz-, Brauch- oder Prozesswasser - abgegeben wird. Andererseits kann das heisse Gas auch zur Reinigung der Filterschläuche eingesetzt werden.
[0006] Durch den Entzug der Wärme innerhalb einer Filteranlage kann die Reinigung des Gases und dessen Abkühlung mit geringstem Raumbedarf durchgeführt werden. Nebst der als Wärme anfallenden Energie kann auch das Gas nach dessen Reinigung und Kühlung in einen Zwischenspeicher geführt werden und damit die Erzeugung von elektrischer Energie temporär unterbrochen werden, ohne den Reaktor für die Vergasung ausser Betrieb nehmen zu müssen. Vorteilhafterweise wird ein Teil der thermischen Energie des Gases, mit welchem Wasser erwärmt worden ist, zur Vortrocknung des Stoffes benutzt, bevor dieses dem Reaktor zugeführt wird. Dadurch wird vermieden, dass das dem Stoff entzogene Wasser und Teer in den Reaktor gelangt.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird der Stoff über durch das Wasser beheizte Böden geführt, auf denen durch Schubstangen alternierend oder durch Ketten kontinuierlich der Stoff von Boden zu Boden transportiert wird. Zusätzlich wird mit dem heissem Gas über einem Wärmetauscher Wasser erwärmt und ebenfalls zur Trocknung des Stoffes eingesetzt. Zusätzlich kann auch heisse Luft dem Etagentrockner zugeführt werden.
[0007] Dabei kann die heisse Luft durch die Stangen des Stangenvorschubs geführt und durch die Arme der Vorschubstangen ausgeblasen werden. Dabei wird gleichzeitig der meist in Schnitzelform vorliegende Stoff aufgelockert.
[0008] Bevorzugt wird der Trockner als unabhängig aufgestellte Anlage seitlich über dem Reaktor angeordnet, so dass der getrocknete Stoff von oben in den Reaktor geleitet werden kann. Der Trockner steht dabei thermisch nicht in Verbindung mit dem Reaktor. Die Beschickung des Reaktors erfolgt portionenweise, wobei durch geeignete Klappen die direkte Verbindung zwischen Trockner und Reaktor stets unterbrochen ist.
[0009] Besonders vorteilhaft ist der Abtransport von Asche am unteren Ende des Reaktors durch einen zylindersegmentförmigen Rost in einen Aschensammler, der zugleich durch geeignete Mittel mit einem Staubförderer, z.B. der Filter- und Gaskühlanlage, verbunden sein kann. Im Weiteren gelingt es, bei der Beschickung des Trockners mit organischem Material wie Holz in Form von Holzschnitzeln mit einem Kettentransport mitgeführte Verunreinigungen, wie Steine, Sand und dergleichen, schon vor Erreichen des Trockners auszusieben. Mit einer Magnet-Trommel können auch Eisenteile zurückgehalten werden.
Die Anordnung des Wärmespeichers im Erdboden oder zumindest grösstenteils unterhalb des Bodens ist kostengünstig, da beispielsweise mit Hilfe von Valorone Spundwänden und einer innen ausgelegten Kunststoffauskleidung und Isolation (von Wänden/Boden/Decke) ein kostengünstiger Gross-Erdspeicher geschaffen wird.
[0010] Anhand eines illustrierten Ausführungsbeispiels mit Holz als Beispiel für einen zu vergasenden Ausgangsstoff wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt die einzige
<tb>Figur<sep>eine Vorrichtung zum Vergasen von Holz zur Erzeugung von elektrischer und thermischer Energie.
[0011] Mit einer Krananlage 1 oder einem anderen geeigneten Beschickungsmittel werden Holz in Form von Schnitzeln 2 oder andere organische Materien, die vergasbar sind, einem Kettenförderer 3 zugeführt. Dieser transportiert das Holz von der Schüttstelle 5 auf einer schiefen Bahn zur Auswurfstelle 7 über einem Trockner 9, z.B. einem Etagentrockner. Auf dem Transportweg schiebt die Transportkette des Kettenförderers 3 die zu vergasenden Stoffe über einen Siebbereich über einem Trichter 11, welcher lose Feinstteile des Holzes, wie Sand, Steine oder Metallteile, auffängt und in einem Behälter 13 sammelt. Mit einem Magnet 10, z.B. einer Magnettrommel, können Eisenteile ausgeschieden werden. Am Ende der Transportstrecke des Kettenförderers 3 fallen die vorgereinigten Holzteile in den Trockner 9.
Sie gelangen vorerst auf den obersten Schubboden 15, auf welchem ein Stangenvorschub 17 mit Armen 19 alternierend hin- und hergeschoben wird. Durch die oszillierende Bewegung des Stangenvorschubs 17 gelangen die Holzschnitzel 2 von Arm zu Arm und werden dabei umgeschichtet und gleichzeitig von links nach rechts transportiert. Am Ende des Stangenvorschubs 17 (rechts im Bild) fallen die Holzschnitzel 2 auf die nächste Etage zum nächsten Schubboden bis sie am Ende des zuunterst liegenden Schubbodens 15 entweder direkt oder vorzugsweise über einen Portionenförderer 21 von oben in einen Reaktor 23 fallen können. Der Portionenförderer 21 ist derart aufgebaut, dass zwischen dem Reaktor 23 und dem Trockner 9 stets eine Klappe eine direkte Verbindung verhindert. Es erfolgt also eine portionenweise Förderung.
Das untere Ende des Reaktors 23 ist durch einen segmentförmigen Rost 25 verschlossen. Der Rost 25 kann durch geeignete Antriebsmittel um eine Achse A hin- und hergeschwenkt werden. Durch die Schwenkbewegung kann die sich am unteren Ende des Reaktors sammelnde Asche einem Trichter 27 zugeführt werden, aus dem letztere über geeignete Fördermittel 29 abgeführt wird.
[0012] Der Reaktor 23 weist an seinem oberen Ende eine Öffnung 24 auf, in welche das vorgetrocknete Material vom Portionenförderer in den Reaktor 23 gelangt und von dort sukzessive zum Vergasungsbereich nach unten gleitet. In diesem Zwischenbereich findet keine Trocknung mehr statt, sondern es findet ausschliesslich eine Zwischenspeicherung statt, bevor das Material nach unten in den Vergasungsteil gelangt. Mit Hilfe von zustellbaren Klappen 26, welche beispielsweise mit Pneumatikzylindern oder Bindeltrieb verstellt werden können, kann das von oben nach unten leitende Material mengenmässig eingestellt werden. Je nach Beschaffenheit bezüglich Grösse oder Form muss die Öffnung über dem Rost grösser oder kleiner ausgebildet werden. Der Bereich des Reaktors 23, in welchem die Klappen 26 und darunter der Rost 25 angeordnet ist, ist rechteckförmig.
Dies ermöglicht es, rechteckige Klappen 26 und einen rechteckigen Rost 25 zu verwenden. Dies im Gegensatz zu den bekannten Reaktoren, welche einen runden Querschnitt haben und daher das Einsetzen und Betätigen von beweglichen Klappen 26 und eines beweglichen Rosts 25 ausschliesst. Der Rost ist derart gelagert, dass er bei einer allfälligen Verstopfung um beispielsweise 90[deg.] geschwenkt werden kann und dadurch der gesamte Inhalt des Reaktors nach unten in den Trichter fallen kann. Damit wird erreicht, dass einerseits eine schmutzige Arbeit, nämlich das Ausräumen des gesamten Inhalts des Reaktors verhindert werden kann und andererseits dadurch der Unterbruch der Gaserzeugung wesentlich kürzer wird. Aus dem unteren Ende des Trichters 27 wird die dort sich ansammelnde Asche mit einer Austragsschnecke 28 weggefördert.
[0013] Für die Zufuhr von Frischluft sind am Reaktor 23 seitlich Luftzuführöffnungen ausgebildet.
[0014] Vom Reaktor 23 führt eine Leitung 31 das heisse Gas zu einem kombinierten Gasfilter und Gaskühler 33. Ein Ventilator 35 transportiert dabei das heisse Gas aus dem Reaktor 23 und fördert dieses mit geeignetem Druck in den Gaskühler und Gasfilter 33 bzw. in den Raum, in dem Filterschläuche 37 angeordnet sind. Parallel zu den Filterschläuchen 37 sind im Filter 33 wasserführende Platten oder Leitungen 39, welche als Wärmetauschelemente fungieren, angeordnet. Die Leitungen 39 können zusätzlich zur Erhöhung des Wirkungsgrades mit Lamellen versehen sein (Lamellen nicht dargestellt).
Das untere Ende des Raumes, in dem der Filter und Kühler eingesetzt sind, ist zum Sammeln und Austragen der ausgefilterten Partikel mit einem Förderer 41 verbunden, der die ausgefilterten Verunreinigungen zu einer Sammelstelle 43 fördert, welche auch die Asche aus dem Reaktor 23 aufnehmen kann. Das im Filter 33 gekühlte und gereinigte Gas wird mit einer Pumpe 45 durch die Filterschläuche 37 abgesaugt und in einen Gasspeicher 47 eingepresst. Selbstverständlich könnte das Gas auch direkt einem Verbraucher zugeführt werden.
[0015] Um die Filterschläuche 37 sporadischer reinigen zu können, kann aus einem Druckbehälter 49, der über einen Kompressor 51 mit Gas geladen wird, explosionsartig und in Intervallen Gas in die Filterschläuche 37 geblasen und dadurch der anhaftende Kohlenstaub gelöst werden, so dass sich dieser unterhalb der Filterschläuche 37 sammelt und durch den Förderer 41 abtransportiert werden kann. Das im Gasspeicher 47 gespeicherte, gereinigte und gekühlte Gas kann nun über eine Druckleitung 53 einem Gasmotor 55 oder einer Gasturbine zugeleitet und dort in mechanische Energie und anschliessend in elektrische Energie umgewandelt werden. Die bei der Umwandlung des Gases in mechanische Energie im Gasmotor 55 anfallende Wärme wird - wie die im Filter 33 anfallende thermische Energie - einem (Vor-)Wärmespeicher 57 zugeführt.
Dabei handelt es sich um einen optimal isolierten Wassertank. Alternativ kann sowohl die beim Verbrennungsvorgang im Gasmotor 55 anfallende thermische Energie als auch jene aus dem Filter 33 einem vorzugsweise im Erdreich verlegten isolierten, z.B. im Erdreich ausgebildeten Behälter 59 zugeführt werden. Vorzugsweise ist der Behälter vollständig im Boden verlegt und kostengünstig durch im Erdreich eingerammte Spundwände hergestellt, die einerseits mit einer Wärmeisolation innenseitig abgedeckt und von einem PVC-Belag oder einer PVC-Folie flüssigkeitsdicht abgedichtet sind. Der Behälter 59 von beispielsweise einem Durchmesser von 12 m und einer Höhe oder Tiefe von 9 m ermöglicht es, grosse Treibhaus- und Industrieanlagen sowie Wohnhäuser kontinuierlich mit Fernwärme nach Bedarf zu versorgen.
Legende
[0016]
<tb>1<sep>Krananlage
<tb>2<sep>HolzSchnitzel
<tb>3<sep>Kettenförderer
<tb>5<sep>Schüttstelle
<tb>7<sep>Auswurfstelle
<tb>9<sep>Trockner
<tb>10<sep>Magnet
<tb>11<sep>Trichter
<tb>13<sep>Behälter
<tb>15<sep>Schubboden
<tb>17<sep>Stangenvorschub
<tb>19<sep>Arme von 19
<tb>21<sep>Portionenförderer
<tb>23<sep>Reaktor
<tb>24<sep>Öffnung
<tb>25<sep>Rost
<tb>26<sep>Klappen
<tb>27<sep>Trichter
<tb>28<sep>Austragsschnecke
<tb>29<sep>Fördermittel
<tb>31<sep>Holzgasleitung
<tb>33<sep>Filter
<tb>35<sep>Ventilator
<tb>37<sep>Filterschläuche
<tb>39<sep>Leitungen
<tb>41<sep>Förderer
<tb>43<sep>Sammelstelle
<tb>45<sep>Gaspumpe
<tb>47<sep>Gasspeicher
<tb>49<sep>Druckbehälter
<tb>51<sep>Kompressor
<tb>53<sep>Druckleitung
<tb>55<sep>Gasmotor
<tb>57<sep>Vorwärmespeicher
<tb>59<sep>Behälter
The invention relates to a device for the gasification of organic substances for the production of electrical and thermal energy according to the preamble of claims 1, 6, 9, 11 and 13.
Wood gasification plants have been known for decades from the prior art. During the Second World War, wood gasification plants were often grown on automobiles to replace the then non-existent gasoline. The heat generated during the wood gasification at the same time was unused to the outside. Recently, wood gasification plants have become known, which on the one hand produce mechanical energy with the generated gas via an internal combustion engine and use this to drive a generator. The simultaneously generated heat energy can be used for heating purposes or as process heat in various technical areas. The use of the electrical energy generated by the wood gasification is easily recoverable, since it can be fed into the public grid.
On the other hand, a continuous consumption of thermal energy can not always be expected.
An object of the present invention is to provide an apparatus for the gasification of organic materials for the production of electrical and thermal energy, which enables a continuous operation, i. E. in which the heat generated can be fed to a buffer storage essentially independently of the consumers. Another object of the invention is to make the emptying of the reactor in a clogging / clumping of the substances to be gasified simple. Another object of the invention is to prevent tar from getting into the recovered gas.
This object is achieved by a device having the features of claims 1, 6, 9, 11 and 13. Advantageous embodiments of the invention are described in the dependent claims.
In the gasification of wood and other organic substances, the hot gas through the heat exchanger as far as possible withdrawn and used on the one hand for heating water, which can be cached in a suitably sized and insulated container before it - be it as heating, service or process water - is discharged. On the other hand, the hot gas can also be used to clean the filter bags.
By removing the heat within a filter system, the cleaning of the gas and its cooling can be carried out with minimal space requirements. In addition to the energy generated as heat and the gas can be performed after its cleaning and cooling in a buffer and thus the generation of electrical energy are temporarily interrupted without having to take the reactor for gasification out of operation. Advantageously, a portion of the thermal energy of the gas with which water has been heated is used to predry the material before it is fed to the reactor. This prevents the water and tar removed from the substance from entering the reactor.
In a preferred embodiment of the invention, the substance is passed over soils heated by the water, on which the substance is conveyed from bottom to bottom alternately by means of push rods or by chains. In addition, water is heated with the hot gas over a heat exchanger and also used to dry the substance. In addition, hot air can also be supplied to the stacker dryer.
The hot air can be passed through the rods of the rod feed and blown out by the arms of the feed rods. At the same time, the substance, usually in the form of chips, is loosened up.
Preferably, the dryer is arranged as an independently set-up plant laterally above the reactor, so that the dried material can be passed from above into the reactor. The dryer is thermally not in communication with the reactor. The loading of the reactor is carried out in portions, whereby the direct connection between dryer and reactor is always interrupted by suitable flaps.
Particularly advantageous is the removal of ash at the bottom of the reactor by a cylinder-segment-shaped grate in an ash collector, which at the same time by suitable means with a dust conveyor, e.g. the filter and gas cooling system, can be connected. Furthermore, it succeeds in the loading of the dryer with organic material such as wood in the form of wood chips with a chain transport entrained impurities, such as stones, sand and the like, sift out before reaching the dryer. With a magnetic drum and iron parts can be retained.
The arrangement of the heat storage in the ground or at least largely below the ground is inexpensive, since for example by means of Valorone sheet piling and an internally designed plastic lining and insulation (of walls / floor / ceiling) a cost large-earth storage is created.
Reference to an illustrated embodiment with wood as an example of a starting material to be gasified, the invention will be explained in more detail. It shows the only one
<Figure> an apparatus for gasifying wood to generate electrical and thermal energy.
With a crane 1 or other suitable feed wood in the form of chips 2 or other organic matter that are gasified, fed to a chain conveyor 3. This transports the wood from the pouring point 5 on an inclined path to the discharge point 7 via a dryer 9, e.g. a floor dryer. During transport, the transport chain of the chain conveyor 3 pushes the substances to be gasified over a screen area above a hopper 11, which collects loose fines of the wood, such as sand, stones or metal parts, and collects them in a container 13. With a magnet 10, e.g. a magnetic drum, iron parts can be eliminated. At the end of the transport path of the chain conveyor 3, the pre-cleaned wood parts fall into the dryer. 9
For the time being, they reach the uppermost push floor 15, on which a bar feed 17 with arms 19 is alternately pushed back and forth. Due to the oscillating movement of the rod feed 17, the wood chips 2 pass from arm to arm and are thereby rearranged and simultaneously transported from left to right. At the end of the rod feed 17 (on the right in the picture), the wood chips 2 fall to the next floor to the next moving floor until they can fall from the top into a reactor 23 either directly or preferably via a portion conveyor 21 at the bottom of the bottom thrust floor 15. The portion conveyor 21 is constructed such that between the reactor 23 and the dryer 9 always a flap prevents a direct connection. So there is a portionwise promotion.
The lower end of the reactor 23 is closed by a segment-shaped grate 25. The grate 25 can be swung back and forth about an axis A by suitable drive means. As a result of the pivoting movement, the ash collecting at the lower end of the reactor can be fed to a hopper 27, from the latter by way of suitable conveying means 29.
The reactor 23 has at its upper end an opening 24 into which the pre-dried material from the portion conveyor enters the reactor 23 and from there successively slides down to the gasification area. In this intermediate area, no more drying takes place, but it takes place exclusively an intermediate storage before the material passes down into the gasification section. With the aid of deliverable flaps 26, which can be adjusted for example with pneumatic cylinders or binder drive, the top-down conductive material can be adjusted in terms of quantity. Depending on the nature in terms of size or shape, the opening above the grate must be made larger or smaller. The area of the reactor 23, in which the flaps 26 and below the grate 25 is arranged, is rectangular.
This makes it possible to use rectangular flaps 26 and a rectangular grate 25. This in contrast to the known reactors, which have a round cross section and therefore excludes the insertion and operation of movable flaps 26 and a movable grate 25. The grate is mounted in such a way that it can be pivoted in case of a possible blockage by 90 °, for example, and thus the entire contents of the reactor can fall down into the hopper. This ensures that on the one hand a dirty work, namely the removal of the entire contents of the reactor can be prevented and on the other hand, the interruption of gas production is significantly shorter. From the lower end of the funnel 27, the ashes accumulating there are conveyed away with a discharge screw 28.
For the supply of fresh air air supply openings are laterally formed on the reactor 23.
From the reactor 23 performs a line 31, the hot gas to a combined gas filter and gas cooler 33. A fan 35 transports the hot gas from the reactor 23 and promotes this with a suitable pressure in the gas cooler and gas filter 33 and in the room in which filter tubes 37 are arranged. Parallel to the filter bags 37, water-carrying plates or lines 39, which function as heat exchange elements, are arranged in the filter 33. The lines 39 may be provided in addition to increase the efficiency with fins (slats not shown).
The lower end of the space in which the filter and cooler are inserted, is connected to collect and discharge the filtered particles with a conveyor 41, which promotes the filtered contaminants to a collection point 43, which can also receive the ash from the reactor 23. The cooled and purified in the filter 33 gas is sucked by a pump 45 through the filter bags 37 and pressed into a gas reservoir 47. Of course, the gas could also be supplied directly to a consumer.
In order to clean the filter bags 37 sporadically, from a pressure vessel 49 which is charged via a compressor 51 with gas, blown explosively and at intervals gas into the filter bags 37 and thereby the adhering coal dust be solved so that this collects below the filter bags 37 and can be removed by the conveyor 41. The stored in the gas storage 47, purified and cooled gas can now be fed via a pressure line 53 to a gas engine 55 or a gas turbine and converted there into mechanical energy and then into electrical energy. The resulting in the conversion of the gas into mechanical energy in the gas engine 55 heat is - as the resulting thermal energy in the filter 33 - a (pre-) heat storage 57 is supplied.
This is an optimally insulated water tank. Alternatively, both the thermal energy produced in the gas engine 55 during the combustion process and that from the filter 33 may be isolated, e.g. supplied in the soil formed container 59. Preferably, the container is completely laid in the ground and produced inexpensively by driven into the ground sheet piling, which are covered on the one hand with a heat insulation inside and sealed liquid-tight by a PVC coating or a PVC film. The container 59, for example, a diameter of 12 m and a height or depth of 9 m makes it possible to continuously supply large greenhouses and industrial plants and homes with district heating as needed.
Legend
[0016]
<Tb> 1 <sep> crane
<Tb> 2 <sep> wood chips
<Tb> 3 <sep> Chain conveyors
<Tb> 5 <sep> bulk location
<Tb> 7 <sep> ejection point
<Tb> 9 <sep> dryer
<Tb> 10 <sep> Magnet
<Tb> 11 <sep> Funnels
<Tb> 13 <sep> container
<Tb> 15 <sep> push floor
<Tb> 17 <sep> Bar Feed
<tb> 19 <sep> arms of 19
<Tb> 21 <sep> portion feeder
<Tb> 23 <sep> reactor
<Tb> 24 <sep> Opening
<Tb> 25 <sep> rust
<Tb> 26 <sep> flap
<Tb> 27 <sep> Funnels
<Tb> 28 <sep> discharge screw
<Tb> 29 <sep> Grants
<Tb> 31 <sep> Wood gas line
<Tb> 33 <sep> Filters
<Tb> 35 <sep> Fan
<Tb> 37 <sep> filter bags
<Tb> 39 <sep> Lines
<Tb> 41 <sep> Transporters
<Tb> 43 <sep> collection
<Tb> 45 <sep> gas pump
<Tb> 47 <sep> gas storage
<Tb> 49 <sep> Pressure Vessels
<Tb> 51 <sep> Compressor
<Tb> 53 <sep> pressure line
<Tb> 55 <sep> Gas Engine
<Tb> 57 <sep> Vorwärmespeicher
<Tb> 59 <sep> container