DE102009008076A1

DE102009008076A1 - Gleichstrom-Festbettvergaser, Stromerzeugungsanordnung und Verfahren zur Erzeugung von Brenngas aus Festbrennstoffen

Info

Publication number: DE102009008076A1
Application number: DE102009008076A
Authority: DE
Inventors: Thomas Ködel
Original assignee: SWW WUNSIEDEL GmbH; Wartinger & Co KG GmbH
Current assignee: SWW WUNSIEDEL GMBH, DE; WARTINGER KG, DE
Priority date: 2009-02-10
Filing date: 2009-02-10
Publication date: 2010-08-12

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gleichstrom-Festbettvergaser (2) für kohlenstoffhaltige Festbrennstoffe, der einen Unterschubreaktor (20) mit einem Reaktorschacht (21) aufweist. Der Reaktorschacht (21) ist durch eine Brennstoffzufuhr (23) mit Festbrennstoff speisbar. Der Reaktorschacht (21) ist in einem geschlossenen Gehäuse (22) installiert. In das untere Ende des Reaktorschachts (21) mündet weiterhin eine Luftzufuhrleitung (24). Erfindungsgemäß ist im Gehäuse (22) ein Heißgasfilter (33) angeordnet. Dem Heißgasfilter (33) kann ein Gebläse (44) zugeordnet sein.
Die Erfindung betrifft eine Stromerzeugungsanordnung und ein Verfahren zur Erzeugung von Brenngas aus Festbrennstoffen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gleichstrom-Festbettvergaser für kohlenstoffhaltige Festbrennstoffe gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1, eine Stromerzeugungsanordnung gemäß Patentanspruch 13 und ein Verfahren zur Erzeugung von Brenngas aus Festbrennstoffen gemäß Patentanspruch 15.
Zur Erzeugung von Brenngas aus kohlenstoffhaltigen Festbrennstoffen werden Festbettvergaser eingesetzt. Diese werden danach unterschieden, ob es sich um Gleichstrom- oder Gegenstromvergaser handelt. Der grundsätzliche Verfahrensablauf ist jeweils der Gleiche. Brennstoff wird in einen Reaktor eingefüllt, wo er zunächst getrocknet wird. Dann findet bei steigender Temperatur eine Pyrolyse statt, an die sich eine Oxidation unter Luftzuführung anschließt. Bei der folgenden Reduktion wird das Brenngas gewonnen. Übrig bleibt mineralische Asche als Abfallstoff.
Aus der DE 10 2004 030 368 A1 geht ein kontinuierlich arbeitender Gleichstrom-Festbettvergaser für Festbrennstoffe mit Mantelrohrwärmetauscher hervor. Mit diesem Vergaser können Brenngase aus Biomassen, insbesondere Holz, gewonnen werden. Um eine hohe Vergasungstemperatur zu erreichen, wird bei herkömmlichen Verfahren das gewonnene Brenngas teilweise wieder verbrannt. Dies führt zu einer Verschlechterung der Qualität des Brenngases in Bezug auf Brennwert und Zusammensetzung. Zur Erhöhung der Brenngasqualität wird vorgeschlagen, einen Unterschubreaktor zu verwenden und den Festbrennstoff mittels einer Transportschnecke zuzuführen, wobei die Transportschnecke von einem Mantelrohrwärmetauscher umgeben ist. Auf diese Weise wird der Brennstoff bereits in der Zuführung zum Reaktor getrocknet und pyrolysiert.
Die DE 35 09 263 A1 zeigt einen Unterschubvergaser auf, der mit einer speziellen Vorrichtung zur Regelung der Brennstoffzufuhr ausgestattet ist. Die Brennstoffzufuhr umfasst hierbei Förderschnecken. Unmittelbar vor der Mündung der Brennstoffzufuhrleitung in den Reaktor ist zudem eine Luftzufuhr vorgesehen.
Nachteilig an diesem Festbettvergaser ist, dass die Ausbeute an Brenngas pro Festbrennstoffeinheit geringer ist als bei Gleichstrom-Festbettvergasern. Auch wird der hohe Anteil an Stickstoffen, der in den Brenngasen enthalten ist, als nachteilig angesehen.
Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, einen Gleichstrom-Festbettvergaser aufzuzeigen, mit dem bei hoher Ausbeute ein Brenngas von hoher Qualität erzeugt werden kann. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine Stromerzeugungsanordnung mit einem solchen Gleichstrom-Festbettvergaser bereitzustellen und ein Verfahren zur Erzeugung von Brenngas aus Festbrennstoffen anzugeben.
Der erste Teil der Aufgabe wird durch einen Gleichstrom-Festbettvergaser für kohlenstoffhaltige Festbrennstoffe mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Der Gleichstrom-Festbettvergaser für kohlenstoffhaltige Festbrennstoffe weist einen Unterschubreaktor mit einem Reaktorschacht auf. Der Reaktorschacht ist durch eine Brennstoffzufuhr mit Festbrennstoff speisbar. Der Reaktorschacht ist in einem geschlossenen, d. h. luftdichten, Gehäuse installiert und in das untere Ende des Reaktorschachts mündet eine Luftzufuhrleitung. Erfindungsgemäß ist im Gehäuse ein Heißgasfilter angeordnet. Dem Heißgasfilter ist ein Gebläse zugeordnet.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird eine besonders kompakte und autonome Anordnung zur Gewinnung von Brenngas aus Festbrennstoffen, insbesondere Substrat aus Biogasanlagen und Holzabfällen wie Hackschnitzeln und Sägespäne, geschaffen. Das Brenngas enthält einen hohen Anteil von Kohlenmonoxid (CO), das beispielsweise in einem Gasmotor verbrannt werden kann. Besonders vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Festbettvergaser ist, dass das erzeugte Brenngas in einem Heißgasfilter filtriert wird. Durch die Heißgasfiltrierung werden Kondensate, Teer, Feinstäube und Kohlenstoffreste zuverlässig aus dem Brenngas gefiltert, so dass das Brenngas eine besonders hohe Güte aufweist und in einem Gasmotor verbrannt werden kann, ohne diesen zu beschädigen.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 12.
Ein Gebläse kann dem Heißgasfilter zugeordnet sein, um das aus dem Reaktorschacht strömende Brenngas durch den Heißgasfilter und gegebenenfalls auch durch den Wärmetauscher zu saugen.
Vorteilhafterweise weist der Heißgasfilter Filterkerzen auf. Filterkerzen sind spezielle Oberflächenfilter, die Filterschläuche aufweisen. Die Filterschläuche sind vorzugsweise mit einem keramischen Filtermedium befüllt. Es können aber auch Sintermetalle als Filtermedium eingesetzt werden. Das verwendete Filtermedium kann zur Reduzierung von Schadstoffen im Brenngas zusätzlich mit einem Katalysator beschichtet sein.
Zweckmäßigerweise ist zwischen dem Heißgasfilter und dem Reaktorschacht eine Zwischenwand angeordnet. Die Zwischenwand hat die Funktion, die aus dem Reaktorschacht strömenden, ca. 1200°C bis 1300°C heißen Brenngase sowie die aus dem Schacht hervorquellende Asche von den Filterkerzen fernzuhalten, um diese vor übermäßiger thermischer Belastung zu schützen.
Um die Dammwirkung der Zwischenwand zu erhöhen, kann reaktorschachtseitig eine Auskleidung mit Keramikmaterial vorgesehen sein. Als Keramikmaterial eignet sich insbesondere Aluminiumoxid (Al₂O₃).
Dem Heißgasfilter kann ein Wärmetauscher nachgeschaltet sein. Der Wärmetauscher dient der Brenngaskühlung und ermöglicht die Abkühlung des Brenngases auf Temperaturen unterhalb der Kondensationstemperatur. Mit Hilfe der Wärmetauscher kann zudem die dem Reaktorschacht zuzuführende Luft und der Festbrennstoff vorgewärmt werden. Die gezielte Wärmerückführung in Verbindung mit einer guten Isolierung der Anordnung ermöglicht eine höhere Gasausbeute.
Vorzugsweise ist dem Heißgasfilter ein Wärmetauscher vorgeschaltet. Mit dem vorgeschalteten Wärmetauscher kann das im Vergaser gewonnene Brenngas vor dem Eintritt in den Heißgasfilter gekühlt werden, um eine Überhitzung bzw. Zerstörung des Heißgasfilters zu verhindern.
Die Brennstoffzufuhr kann vorteilhafterweise einen Brennstoffverdichter umfassen. Mit dem Brennstoffverdichter kann der Materialdurchsatz im Unterschubreaktor erhöht werden. Auf diese Weise wird die Menge des gewonnen Brenngases pro Zeiteinheit, d. h. die Leistung der Anlage, gesteigert. Der Brennstoffverdichter durchmischt den Brennstoff. Auf diese Weise kann dem Unterschubreaktor ein im Wesentlichen gleichförmiger und gleichstückiger Brennstoff zugeführt werden. Unter „gleichstückig” wird im Rahmen dieser Anmeldung insbesondere verstanden, dass die Brennstoffteile in etwa gleich groß sind.
Der Brennstoffverdichter kann eine Druckmitteleinrichtung, insbesondere Hydraulikpresse, sein. Mit der Hydraulikpresse kann der Festbrennstoff besonders stark verdichtet werden. Auch ist es möglich, verschiedene Arten von Festbrennstoffen gemischt zuzuführen. Ein weiterer Vorteil des Einsatzes einer Hydraulikpresse besteht darin, dass die Flexibilität der Anordnung der Brennstoffbevorratung und des Festbettvergasers erhöht wird. Selbstverständlich ist es auch vorstellbar, eine Verdichterschnecke als Brennstoffverdichter zu verwenden.
Die Qualität der erzeugten Brenngase ist auch abhängig von der Luftzufuhr, insbesondere der Sauerstoffzufuhr, in den Reaktorschacht. Durch eine gezielte Steuerung der Luftzufuhr und der Zusammensetzung der zugeführten Luft kann der Vergasungsprozess beeinflusst werden.
Vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn der Festbrennstoff luftdicht durch die Brennstoffzufuhr förderbar ist. Somit lässt sich die ungewollte Luftzufuhr in den Reaktorschacht durch die Brennstoffzuführung unterbinden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist durch die Luftzufuhrleitung Wasserdampf in den Reaktorschacht einspeisbar. Durch die Einspeisung von Wasserdampf wird der Stickstoffanteil in der zugeführten Luft reduziert, so dass das erzeugte Brenngas weniger Schadstoffe aufweist.
Am oberen Ende des Unterschubreaktors kann eine Sekundärluftzufuhr, vorzugsweise in Form einer Eindüsung, vorgesehen sein. Die Sekundärluftzufuhr ermöglicht die vollständige Verbrennung des im Reaktor erzeugten Brenngases. Der Gleichstrom-Festbettvergaser kann somit ausschließlich als Heizkessel genutzt werden, wenn den erzeugten Abgasen anschließend die Wärme mit einem Wärmetauscher entzogen wird. Bei reinem Kesselbetrieb werden die Wärmetauscher mit Rauchgas anstelle von Brenngas beaufschlagt. Ein weiterer Vorteil der Sekundärluftzufuhr ist darin zu sehen, dass eine Notfackel eingespart werden kann. Für den Fall, dass das erzeugte Brenngas von nachgeordneten Abnehmern nicht verwertet werden kann, muss das Brenngas aus Gründen der Sicherheit zwischengespeichert oder abgefackelt werden. Da eine Zwischenspeicherung in der Regel aus Platzgründen nicht möglich ist, bleibt oftmals nur das Abfackeln übrig. Dies stellt aber eine Form von Vergeudung dar, insbesondere dann, wenn alternativ die Möglichkeit besteht, die bei der Verbrennung erzeugte Wärme auszukoppeln und anderen Verbrauchern zuzuführen. Insgesamt wird so eine vorteilhafte Kombination aus einem Gaserzeuger und einem Heizkessel bereitgestellt, wobei die Kombination in einem Gehäuse angeordnet ist.
Die Erfindung umfasst weiterhin eine Stromerzeugungsanordnung, bei der einem Gleichstrom-Festbettvergaser ein Gasmotor, d. h. ein Verbrennungsmotor oder eine Turbine, nachgeschaltet ist, die mit einem Generator gekoppelt ist.
Eine vorteilhafte Ausführungsform dieser Stromerzeugungsanordnung geht aus Anspruch 13 hervor. Bei dieser Ausführungsform teilen sich der Festbettvergaser und der Motor bzw. die Turbine einen Wärmetauscher. Der Wärmetauscher weist zwei Einläufe auf, wobei der erste Einlauf mit dem Heißgasfilter und der zweite Einlauf mit der Abgasleitung des Verbrennungsmotors bzw. der Turbine gekoppelt ist. Zweckmäßigerweise weist der Wärmetauscher zwei getrennte Sektionen auf, eine für Brenngase aus dem Heißgasfilter und eine für die Abgase aus dem Gasmotor. Der Luftansaugstutzen des Gasmotors, der insbesondere ein Verbrennungsmotor oder eine Turbine ist, ist ebenfalls mit dem Wärmetauscher gekoppelt und zwar mit dem Auslauf der Sektion für die Brenngase. Der Abgasstutzen des Gasmotors ist mit dem Einlauf des Wärmetauschers verbunden, um einen zusätzlichen Wärmetauscher am Gasmotor einzusparen.
Der verfahrensmäßige Teil der Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Erzeugung von Brenngas aus Festbrennstoffen gemäß Anspruch 154 gelöst. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

• Bereitstellen von kohlenstoffhaltigen Festbrennstoffen,
• Verdichten der Festbrennstoffe,
• Vergasen der Festbrennstoffe in einem Unterschubreaktor, um Brenngas zu erhalten, und
• Filtrieren des Brenngases in einem Heißgasfilter.

In diesem Verfahren kann ein Gleichstrom-Festbettvergaser, wie er oben beschrieben wurde, Verwendung finden.
Mit dem Verfahren kann durch Verdichtung eine besonders große Masse an Brenngas in einem verhältnismäßig kleinen Unterschubreaktor erzeugt werden. Durch die Heißgasfiltration weist das Brenngas zudem weniger Schadstoffe und mithin eine höhere Güte auf.
Im Rahmen der Verdichtung der Festbrennstoffe findet vorzugsweise auch eine Durchmischung derselben statt, um die Form und Größe der Festbrennstoffbestandteile zu vereinheitlichen. Diese Maßnahme ist für einen gleichmäßigen Betrieb des Unterschubreaktors förderlich.
Als vorteilhaft wird es gemäß Patentanspruch 16 angesehen, wenn das Brenngas nach dem Filtrieren in einem Wärmetauscher gekühlt wird. Auf diese Weise wird die Temperatur des Brenngases unter den Kondensationspunkt abgesenkt.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Gleichstrom-Festbettvergaser gemäß einer ersten Ausführungsform in einer Schnittdarstellung;
2 ein Gleichstrom-Festbettvergaser gemäß einer zweiten Ausführungsform in einer Schnittdarstellung;
3 den Gleichstrom-Festbettvergaser der 2 in einer Draufsicht;
4 eine Draufsicht auf einen Gleichstrom-Festbettvergaser mit nachgeschaltetem Wärmetauscher;
5 eine schematische Darstellung der Anlage;
6a bis 6c eine Hinteransicht und eine Vorderansicht sowie eine Draufsicht auf den Wärmetauscher; und
7 eine Kombination aus einem Gasmotor und einem Generator.
In den 1 bis 3 sind zwei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gleichstrom-Festbettvergasers 1, 2 für kohlenstoffhaltige Festbrennstoffe dargestellt. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Anlage mit einem in einem separaten Gehäuseteil angeordneten Gasfilter, während in den 2 und 3 eine Ausführungsform gezeigt ist, bei der der Gasfilter in den Gehäuseteil des Festbettvergasers integriert ist. Die Ausführungsform der 1 eignet sich insbesondere für Anlagen mit einer Leistung von mehr als 150 kW.
Der grundsätzliche Aufbau der Anlage ist in 1 dargestellt. Brennstoff 3 wird in einer Brennstoffbereitung 4 auf die Vergasung vorbereitet und in einen Gasgenerator 5 gefördert. Dort wird der Brennstoff 3 vergast. Die gewonnen Brenngase können durch einen Wärmetauscher 6 (ausgebildet als Rohrwärmetauscher) gekühlt werden, ehe sie in einem Heißgasfilter 8 gefiltert werden, der in einem benachbarten Gehäuseteil 7 angeordnet ist. Das filtrierte Brenngas gelangt schließlich in einen ersten Wärmetauscher 9, um das Brenngas zu kühlen bzw. die Wärme aus dem Brenngas auszukoppeln und einem Heizkreislauf zuzuführen. Das gewonnene Brenngas wird zur Verstromung einer Kombination aus einem Gasmotor und einem Generator zugeführt. Angrenzend an den ersten Wärmetauscher 9 ist ein zweiter Wärmetauscher 10 zur Kühlung der Abgase des Gasmotors vorgesehen. Die gekühlten Abgase werden dem Gasmotor teilweise erneut zugeführt oder durch einen Kamin 11 an die Umwelt abgegeben. Die Wärmetauscher 9, 10 weisen jeweils einen Vorlauf 12, 13 und einen Rücklauf 14, 15 auf. Die Brennstoffbereitung weist einen Brennstoffverdichter 16 und eine Brennstoffzufuhr 17 auf. Es ist eine Primärluftzufuhr 24 und eine Sekundärluftzufuhr 18 vorgesehen. Die Primärluftzufuhr 24 mündet in einen unteren Teil 19 des Unterschubreaktors 19a, während die Sekundärluftzufuhr 18 in einen oberen Teil 19b des Unterschubreaktors 19a mündet. Weiterhin ist im Gehäuseteil 19c des Gasgenerators 5 ein Wärmetauscher vorgesehen, um eine mögliche Überhitzung des Heißgasfilters 8 zu verhindern.
Die aus dem Gasgenerator 5 strömenden Gase werden durch ein Drehrohrventil 19d dem Heißgasfilter 8 und/oder den Wärmetauschern 9, 10 zugeführt.
Die Ausführungsform der Anlage gemäß 1 unterscheidet sich von denen der 2 und 3 im Wesentlichen dadurch, dass der Heißgasfilter 8 zwischen dem Gasgenerator 5 und dem ersten Wärmetauscher 9 in einem speziellen Gehäuseteil 7 vorgesehen ist.
Wie man insbesondere in den 2 und 3 erkennen kann, ist der Festbettvergaser 2 als Unterschubreaktor 20 mit einem Reaktorschacht 21 ausgeführt. Der Reaktorschacht 21 ist in einem geschlossenen, sechseckigen Gehäuse 22 zentral angeordnet. Er wird von unten durch eine Brennstoffzufuhr 23 mit Festbrennstoff, insbesondere Substrat aus Biogasanlagen, Hackschnitzeln, Sägespänen oder Ähnlichem versorgt. Ringförmig um die Brennstoffzufuhr 23 in den Reaktorschacht 21 ist eine Luftzufuhr 24, auch als Primärluftzufuhr bezeichnet, vorgesehen. Der Reaktorschacht 21 ist aus Stahl gefertigt und mit einer Keramikauskleidung 25 beispielsweise aus Aluminiumoxid (Al₂O₃, auch bekannt als Tonerde) versehen. Am oberen Ende 26 des Reaktorschachts 21 ist eine Sekundärlufteindüsung 27 vorgesehen, die zur Verbrennung des erzeugten Brenngases bei Kesselbetrieb dient. Der Reaktorschacht 21 ist von einem Ringspalt 28 umgeben. Der Ringspalt 28 wird seitlich von einer Zwischenwand 29, die reaktorschachtseitig ebenfalls mit Keramik 30, insbesondere Aluminiumoxid, ausgekleidet ist, begrenzt. Auch oberhalb des Reaktorschachts 21 sind Keramikplatten 31 zur Wärmedämmung vorgesehen. Zwischen der Zwischenwand 29 und einer außenliegenden Gehäusewand 32 ist ein Heißgasfilter 33 angeordnet. Der Heißgasfilter 33 besteht bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel aus vier Filtereinheiten 34, in denen jeweils vier Filterkerzen 35 angeordnet sind. Es können aber auch mehr Filterkerzen 35 vorgesehen sein, so dass ein kostengünstiger Austausch ermöglicht wird. Am oberen Ende 36 des Gehäuses 22 befindet sich ein seitlicher Brenngasstutzen 37 zur Abführung der filtrierten Brenngase.
Im unteren Teil 38 des Gehäuses 22 ist ein mit Keramik 39 verkleideter Aschekasten 40 vorgesehen, der als Schubfach ausgeführt ist, damit er leicht entleert werden kann. Vorstellbar ist, das Schubfach elektromotorisch ausfahrbar auszubilden, um die die Entleerung zu automatisieren. Alternativ kann eine hydraulische, pneumatische oder elektromotorische Aschenausbringung vorgesehen sein.
An der Gehäusevorderseite 41 ist eine Tür 42 vorgesehen, durch welche der Reaktorschacht 21 zu Inspektions- und Reinigungszwecken zugänglich ist. Die Tür 42 ist mit einer besonders dicken Keramikplatte 43 versehen.
Vorzugsweise ist das Gehäuse 22 mit einer äußeren Wand 46 und einer inneren Wand 47 versehen, wobei zwischen den Wänden 46, 47 ein Fluid, insbesondere Luft oder Wasser, eines nicht näher dargestellten Heizkreislaufs zirkuliert.
Wie man in der Ausführungsform der 4 sehen kann, ist dem Gleichstrom-Festbettvergaser 50 ein vorzugsweise aus zwei Wärmetauschereinheiten 51, 52 gebildeter Wärmetauscher 53 nachgeschaltet. Beide Wärmetauschereinheiten 51, 52 sind in einem gemeinsamen, stark isolierten Außengehäuse 54 hintereinander angeordnet, wobei durch die vergaserseitige Wärmetauschereinheit 51 unter anderem Frischluft erwärmt wird, die den Unterschubreaktor 20 als Primärluft zugeführt wird. Die andere Wärmetauschereinheit 52 ist zur Aufbereitung von Warmwasser vorgesehen. An einem Auslauf 55 des Wärmetauschers 53 kann insbesondere ein Gebläse 56 angeordnet sein, um bei Kesselbetrieb Abgase aus dem Gasreaktor 21 und durch den Heißgasfilter 33 und den Wärmetauscher 53 zu saugen. Das Gebläse 56 kann aber auch die Funktion eines Vordruckgebläses für einen nachgeschalteten Gasmotor erfüllen, falls die Saugleistung dieses Gasmotors nicht ausreichend ist, um die Brenngase aus dem Gasreaktor 21 anzusaugen.
Die oben beschriebenen Festbettvergaser 1, 2, 50 funktionieren im Wesentlichen nach bekannten Prinzipien. Von unten wird in den Reaktorschacht 21 der Festbrennstoff eingeführt. Dieser ist erfindungsgemäß stark verdichtet, getrocknet und teilweise vorgewärmt. Im Reaktorschacht 21 wird der Festbrennstoff unter Primärluftzufuhr vergast, so dass kohlenmonoxidhaltiges Brenngas nach oben aus dem Reaktorschacht 21 strömt. Gleichzeitig quillt Asche aus dem Reaktorschacht 21 hervor und fällt durch den Ringspalt 28 nach unten in den Aschekasten 40. Abgas wird bei Kesselbetrieb, d. h. wenn Sekundärluft zugeführt und das Brenngas im Reaktorschacht 21 vollständig verbrannt wird, durch ein Gebläse 44 ebenfalls nach unten zu den Einläufen 45 der Filterkerzen 35 des Heißgasfilters 33 gesogen. Das Gebläse ist dem Heißgasfilter 33 nachgeschaltet. Das Gebläse kann insbesondere hinter dem Heißgasfilter 33 und einem nachgeschalteten Wärmetauscher angeordnet sein. Mithin wird der Festbettvergaser 1, 2, 50 bei Unterdruck betrieben. Anschließend wird das Brenngas, das an den Ausläufen des Heißgasfilters 33 noch ca. 600°C heiß ist, in dem nachgeordneten Wärmetauscher 9, 51 gekühlt.
Aus 5 ist der Aufbau der Anlage 60 schematisch dargestellt. Nachdem ein Festbrennstoff in einem Brennstofflager 61 bereitgestellt und aufbereitet wurde, wird er, durch eine Wärmerückführung 62 vorgewärmt, aus dem Brennstofflager 61 über eine Brennstoffleitung 63 dem Festbettvergaser 64 mit nachgeschaltetem Wärmetauscher zugeführt. Der Festbrennstoff wird dort vergast, das gewonnene Brenngas aufbereitet und gekühlt. Das Brenngas wird dann durch eine Brenngasleitung 65 an einen Energieumformer 66, insbesondere einen Verbrennungsmotor bzw. eine Turbine, weitergeleitet, der mit einem Generator zur Stromauskopplung 67 zusammenwirkt. Abgase des Energieumformers 66 werden zurück zum Wärmetauscher durch eine Abgasrückführung 68 geführt. Nachdem sie diesen nochmals passiert haben, können sie durch eine Abgasleitung 69 aus der Anlage 60 entweichen. Aus dem Brenngas kann zusätzlich zur Stromauskopplung durch den Wärmetauscher Wärme ausgekoppelt (70) werden.
In den 6a bis 6c ist der Wärmetauscher 9, 10, 51, 52 in einer Vorder-, einer Hinteransicht und einer Draufsicht dargestellt. Der Wärmetauscher 9, 10, 51, 52 weist einen Stutzen 80 für die Zufuhr von Brenngas auf. Ferner sind seitliche Vorlauf- und Rücklaufstutzen 81, 82 vorgesehen. Am unteren Ende 83 des Wärmetauschers 51, 52 ist ein seitlicher Reinigungsstutzen 84 angeordnet.
In 7 ist eine Kombination 90 aus einem Gasmotor 91 und einem Generator 92 dargestellt. Der Gasmotor 91 kann als Turbine, Gasottomotor, Zündstrahlmotor (auch als Diesel-Gas-Motor oder Diesel-Zündstrahlmotor bekannt), Stirlingmotor oder Dampfkolbenmotor ausgebildet sein. Die Kombination 90 ist in einem eigenen Gehäuse 93 auf einem Gestell 94 angeordnet. Alternativ kann bei einer Kompaktanlage mit geringer Leistung die Einheit aus Gasmotor und Generator mit dem Gasreaktor in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein.
Durch die Erfindung wird eine besonders kompakte Anlage zur Erzeugung von Wärme und Strom aus Festbrennstoffen aufgezeigt, die einem Heizkessel in vielen Beziehungen ähnlich ist. Besonders vorteilhaft ist, dass alle Komponenten in ein Gehäuse integriert sein können, wodurch zusätzliche Synergieeffekte genutzt werden können.

1: Gleichstrom-Festbettvergaser
2: Gleichstrom-Festbettvergaser
3: Brennstoff
4: Brennstoffbereitung
5: Gasgenerator
6: Wärmetauscher
7: Gasgeneratorgehäuseteil
8: Heißgasfilter
9: erster Wärmetauscher
10: zweiter Wärmetauscher
11: Kamin
12: Vorlauf
13: Vorlauf
14: Rücklauf
15: Rücklauf
16: Brennstoffverdichter
17: Brennstoffzufuhr
18: Sekundärluftzufuhr
19: unter Teil von 19a
19a: Unterschubreaktor
19b: oberer Teil von 19a
19c: Gasgeneratorgehäuseteil
19d: Drehrohrventil
20: Unterschubreaktor
21: Reaktorschacht
22: Gehäuse
23: Brennstoffzufuhr
24: Luftzufuhr
25: Keramikauskleidung
26: oberes Ende von 21
27: Sekundärlufteindüsung
28: Ringspalt
29: Zwischenwand
30: Keramik
31: Keramikplatten
32: Gehäusewand
33: Heißgasfilter
34: Filtereinheiten
35: Filterkerze
36: oberes Ende von 22
37: Brenngasstutzen
38: unterer Teil von 22
39: Keramik
40: Aschekasten
41: Gehäusevorderseite
42: Tür
43: Keramikplatte
44: Gebläse
45: Einlau fvon 35
46: äußere Wand
47: innere Wand
50: Gleichstrom-Festbettvergaser
51: Wärmetauschereinheit
52: Wärmetauschereinheit
53: Wärmetauscher
54: Außengehäuse
55: Auslauf
56: Gebläse
60: Anlage
61: Brennstofflager
62: Brennstoffrückführung
63: Brennstoffleitung
64: Festbettvergaser
65: Brenngasleitung
66: Energieumformer
67: Stromauskopplung
68: Abgasrückführung
69: Abgasleitung
70: Wärmeauskopplung
80: Stutzen
81: Vorlaufstutzen
82: Rücklaufstutzen
83: unteres Ende von 9, 10, 51, 52
84: Reinigungsstutzen
90: Kombination
91: Gasmotor
92: Generator
93: Gehäuse
94: Gestell

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004030368 A1 [0003]
- DE 3509263 A1 [0004]

Claims

Gleichstrom-Festbettvergaser für kohlenstoffhaltige Festbrennstoffe (3), der einen Unterschubreaktor (19a, 20) mit einem Reaktorschacht (21) aufweist, der durch eine Brennstoffzufuhr (17, 23) mit Festbrennstoff speisbar ist, wobei der Reaktorschacht (21) in einem geschlossenen Gehäuse (7, 19c; 22) installiert ist und in das untere Ende (18) des Reaktorschachts (21) eine Luftzufuhrleitung (24) mündet, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (7, 19c; 22) ein Heißgasfilter (8, 33) angeordnet ist.
Gleichstrom-Festbettvergaser nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass dem Heißgasfilter (8, 33) ein Gebläse (44, 56) zugeordnet ist.
Gleichstrom-Festbettvergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißgasfilter (8, 33) Filterkerzen (35) aufweist.
Gleichstrom-Festbettvergaser nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterkerzen (35) aus Keramik oder Sintermetall hergestellt sind.
Gleichstrom-Festbettvergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Heißgasfilter (33) und dem Reaktorschacht (21) eine Zwischenwand (29) angeordnet ist.
Gleichstrom-Festbettvergaser nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwand (29) reaktorschachtseitig mit Keramikmaterial (30) ausgekleidet ist.
Gleichstrom-Festbettvergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Heißgasfilter (8, 33) ein Wärmetauscher (9, 51) nachgeschaltet ist.
Gleichstrom-Festbettvergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzufuhr (17, 23) einen Brennstoffverdichter (16) umfasst.
Gleichstrom-Festbettvergaser nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffverdichter (16) eine Druckmitteleinrichtung, insbesondere eine Hydraulikpresse, ist.
Gleichstrom-Festbettvergaser nach einem der vorhergehenden beiden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Festbrennstoff (3) luftdicht durch die Brennstoffzufuhr (17, 23) förderbar ist.
Gleichstrom-Festbettvergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Luftzufuhrleitung (24) Wasserdampf in den Reaktorschacht (21) einspeisbar ist.
Gleichstrom-Festbettvergaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am oberen Ende (19b; 26) des Unterschubreaktors (19a, 20) eine Sekundärluftzufuhr (18, 27) vorgesehen ist.
Stromerzeugungsanordnung, bei dem einem Gleichstrom-Festbettvergaser (1, 2, 50) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ein Gasmotor (91), insbesondere ein Verbrennungsmotor oder eine Turbine, gekoppelt mit einem Generator (92) nachgeschaltet ist.
Stromerzeugungsanordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (53) des Gleichstrom-Festbettvergasers (1, 2, 50) zwei Einläufe aufweist, wobei der erste Einlauf mit dem Heißgasfilter (33) und der zweite Einlauf mit der Abgasleitung (68) des Stromerzeugers (66, 90) gekoppelt ist.
Verfahren zur Erzeugung von Brenngas aus Festbrennstoffen umfassend die folgenden Schritte: • Bereitstellen von kohlenstoffhaltigen Festbrennstoffen (3); • Verdichten der Festbrennstoffe (3); • Vergasen der Festbrennstoffe (3) in einem Unterschubreaktor (20), um Brenngas zu erhalten; und • Filtrieren des Brenngases mit einem Heißgasfilter (33).
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Brenngas nach dem Filtrieren in einem Wärmetauscher (9, 51) gekühlt wird.