DE102010037768B4

DE102010037768B4 - Vorrichtung zum Vergasen von Biomasse und Verfahren zu deren Betrieb

Info

Publication number: DE102010037768B4
Application number: DE102010037768.6A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Wegscheidentrenco De GmbH
Priority date: 2010-09-24
Filing date: 2010-09-24
Publication date: 2019-02-28
Anticipated expiration: 2030-09-25
Also published as: DE102010037768A1; DE202010018530U1

Abstract

Vorrichtung zum Vergasen von Biomasse, mit einem Vergaser zum Herstellen von Brenngas aus der Biomasse und mit mindestens einem Filterelement (3), durch das das Brenngas aus dem Vergaser leitbar ist, wobei das mindestens eine Filterelement (3) aus Edelstahlvlies besteht und die Biomasse mittels einer achslosen Spiralförderanlage (23) kontinuierlich aus einem von Umgebungsluft abgeschlossenen Zwischenbehälter (22) in den Vergaser förderbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vergasen von Biomasse, mit einem Vergaser zum Herstellen von Brenngas aus der Biomasse und mit mindestens einem Filterelement, durch das das Brenngas aus dem Vergaser leitbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung.
Vorrichtungen und Verfahren der vorgenannten Art sind seit Ende des 19. Jahrhunderts grundsätzlich bekannt. Beim Vergasen von Biomasse treten zunächst Wasserdampf und Sauerstoff aus, mit steigender Temperatur werden die Festbestandteile der Biomasse zu dem Brenngas vergast. Neben dem Brenngas entstehen beim Vergasen von Biomasse je nach Verfahren, Prozessparametern und Art der Biomasse verschiedene organische Substanzen, die schon zum Schutz der Umwelt von dem Brenngas getrennt werden müssen.
Eine Filtervorrichtung zum Trennen der unerwünschten organischen Substanzen von dem Brenngas eines Vergasers offenbart DE 10 2006 028 293 A1 . Vorgeschlagen wird dort, das aus dem Vergaser mit einer Temperatur von einigen hundert °C austretende verunreinigte Brenngas durch ein hochtemperaturfestes keramisches Filterelement zu leiten.
Das keramische Filterelement aus DE 10 2006 028 293 A1 ist aber sehr empfindlich gegenüber mechanischen Belastungen sowie gegenüber lokalen Temperaturschwankungen.
DE 10 2005 028 377 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Vergasen von Biomasse, mit einem Vergaser zum Herstellen von Brenngas aus der Biomasse. Die Biomasse wird mittels eines achsenbasierten Schneckenantriebs in den Vergaser gefördert.
DE 689 17 737 T2 beschreibt eine Vorrichtung zum Fördern von Material mit einem wellenlosen Schraubenförderer.
DE 26 18 700 A1 offenbart ein Metallfaser-Vlies aus rostfreiem Stahl.
Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Staub zu reduzieren.
Lösung
Ausgehend von den bekannten Vorrichtungen wird nach der Erfindung vorgeschlagen, dass das mindestens eine Filterelement aus Edelstahlvlies besteht. Die Verwendung von Edelstahlvlies zur Filterung heißer Gase ist grundsätzlich allgemein bekannt. Das Edelstahlvlies ist unempfindlich gegenüber mechanischen Belastungen sowie gegenüber lokalen Temperaturschwankungen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht die Einleitung des Rohgases in den Filter mit Temperaturen oberhalb 400°C.
Vorzugsweise ist das Edelstahlvlies einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Sinterverfahren hergestellt. Ein gesintertes Vlies eignet sich besonders gut für die Filterung des Brenngases aus Biomasse.
Besonders bevorzugt umgibt in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Edelstahlgewebe das Edelstahlvlies. Das Filterelement erhält so besonders einfach eine hohe Stabilität gegen mechanische Verformung.
In einer vorteilhaften Ausprägung ist das mindestens eine Filterelement einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Filterkerze. Ein solches Filterelement weist bei geringem Platzbedarf eine besonders hohe filternde Oberfläche auf.
Eine solche erfindungsgemäße Vorrichtung weist vorzugsweise einen Stützkorb auf, der das mindestens eine Filterelement stützt. Das Filterelement erhält so besonders einfach eine hohe Stabilität gegen mechanische Verformung.
Besonders bevorzugt weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung ein Messelement auf, mittels dessen ein Differenzdruck zwischen einer Rohgasseite und einer Reingasseite des mindestens einen Filterelements messbar ist sowie eine Abblaseinrichtung, mittels derer ein Reinigungsgas von der Reingasseite zu der Rohgasseite durch das mindestens eine Filterelement leitbar ist. Eine solche erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere für einen automatischen Betrieb, in dem das Filterelement bei Erreichen eines definierten Differenzdrucks mittels des Reinigungsgases „freigeblasen“ wird.
In einer vorteilhaften Ausprägung ist der Vergaser einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Festbettvergaser. Das aus einem solchen Vergaser austretende Brenngas weist eine Temperatur von mehreren hundert Grad auf. Die mit dem Brenngas als Verunreinigung austretenden weiteren organischen Substanzen bestehen im Wesentlichen aus Asche, staubförmigen verkohlten Bestandteilen der Biomasse und Schmutzpartikeln, die sich gut mechanisch filtern lassen.
Ausgehend von den bekannten Verfahren wird nach der Erfindung vorgeschlagen, dass die Biomasse mittels einer achslosen Spiralförderanlage kontinuierlich aus einem von Umgebungsluft abgeschlossenen Zwischenbehälter in den Vergaser einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gefördert wird. In einem solchen erfindungsgemäßen Verfahren dringt keine Umgebungsluft als „Fremdluft“ in den Vergaser, so dass Verpuffungen wirksam vermieden sind.
Vorteilhafter Weise wird in einem solchen erfindungsgemäßen Verfahren die Biomasse aus einem Vorratsbehälter zunächst unter Umgebungsluft in eine Schleuse über dem Zwischenbehälter gefördert, die Schleuse sodann gegenüber der Umgebungsluft geschlossen und schließlich gegenüber dem Zwischenbehälter geöffnet. Ein solches erfindungsgemäßes Verfahren eignet sich insbesondere für einen automatischen Betrieb einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen in Prinzipskizzen

1 einen Filter einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 einen Rost der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie
3 Vorrats- und Zwischenbehälter der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen Vergaser zum Herstellen von Brenngas aus Biomasse auf. Die Vorrichtung insgesamt, der Vergaser, das Brenngas und die Biomasse sind nicht dargestellt. Die Biomasse zur Befeuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist hölzernes Hackgut, das Brenngas ist so genanntes „Holzgas“, der Vergaser ein „Holzvergaser“ in Bauweise eines „Festbettvergasers“ mit einer Heizleistung von 460 kW. Das Brenngas wird mit einer Temperatur von mindestens 480°C aus dem Vergaser zunächst durch einen in 1 dargestellten Filter 1 und nach der Filterung in ein nicht dargestelltes Blockheizkraftwerk geleitet.
Der Filter 1 weist ein aus hitzebeständigem Edelstahl hergestelltes Filtergehäuse 2 auf. In das Filtergehäuse 2 sind als Filterelemente 3 sechzehn runde Filterkerzen von oben eingehängt. Jede der Filterkerzen ist mit einem nicht dargestellten Stützkorb versehen.
Die Filterelemente 3 bestehen aus drei verschweißten Lagen eines gesintertem, bis 600°C temperaturbeständigem Edelstahlvlieses aus, das auf ein Edelstahl-Drahtgewebe laminiert ist. Die Filterelemente 3 sind mit Flanschen versehen und mit je einer Dichtung an Flanschen im Filtergehäuse 2 verschraubt. Das Edelstahlvlies, das Edelstahl-Drahtgewebe und die Flansche sind nicht dargestellt.
Die Vorrichtung weist eine nicht dargestellte Messeinrichtung auf, die den Differenzdruck zwischen Reingasseite 4 und Rohgasseite 5 über dem Filter 1 misst. Übersteigt der Differenzdruck einen Grenzdruck von 30 mbar, so wird ein Reinigungsmodus der Vorrichtung aktiviert: An der Reingasseite 4 wird ein Kugelhahn 6 in einer Gasleitung 7 zum Blockheizkraftwerk geschlossen und ein weiterer (nicht dargestellter) Kugelhahn in einer Gasleitung 8 zu zwei Zyklonen 9 geöffnet. Anschließend wird auf der Rohgasseite 5 aus einem Druckluftbehälter 10, der unter einem Luftdruck von mindestens 6 bar steht, über Edelstahllanzen 11 ein Luftimpuls von 40 s Dauer von oben in die Filterelemente 3 eingeblasen, wodurch die Filterelemente 3 „freigebrannt“ werden. Die zugeführte Luft entweicht über die zwei Zyklone 9, in denen auch eventuell mitgetragene Asche abgeschieden wird.
Auf der Rohgasseite 5 wird darüber hinaus ständig zum „Freibrennen“ und um die Temperatur im Filter 1 konstant zu halten Luft zugegeben.
Der reguläre Ascheaustrag aus dem Filter 1 erfolgt über eine aus hitzebeständigem Edelstahl gefertigte Spiralförderanlage 12 und ein pneumatisch betätigtes Klappenschleusensystem 13. Nach dem Klappenschleusensystem 13 wird die Asche durch eine normale Schnecke 14 zu einem nicht dargestellten Aschebehälter verbracht.
An der Rohgasseite 5 des Filters 1 wird über einen nicht dargestellten, temperaturgesteuertem Kugelhahn dem aus dem Vergaser kommendem Rohgas Luft beigemischt, um den im Rohgas enthaltenen Restkohlenstoff in den Filterelementen 3 abbrennen zu lassen.
Die Luft, mit der der Vergaser beschickt wird, ist einerseits durch Abwärme der Gasleitung zwischen Vergaser und Filter 1 und andererseits durch einen nicht dargestellten Gaskühler vorgewärmt.
Der Vergaser weist einen in 2 dargestellten zylindrischen Rost 15 aus hochhitzefesten Edelstahlstäben 16 auf. Ab dem oberen Drittel 17 läuft der Rost 15 schräg zur Mitte 18 hin zusammen. In der Mitte 18 oben weist der Rost 15 eine hochhitzefeste Edelstahlscheibe 19 auf an der ein Revisionshaken 20 befestigt ist. Im oberen Drittel 17 des Rostes 15 befindet sich eine geschlitzte und mittig gelochte Stauscheibe 21. Ausgehend von dieser Stauscheibe 21 verlaufen nicht dargestellte Stützstäbe nach oben, um ein Einsinken des oberen Teiles durch die Hitzeeinwirkung zu vermeiden. In diesem Rost 15 bleibt das nicht dargestellte Glutbett eng zusammen, es bildet sich eine gleichmäßige Glut und er verschlackt langsamer als bekannte Roste.
Die Vorrichtung weist gemäß 3 einen von der Umgebungsluft abgeschlossenen Zwischenbehälter 22 für die Biomasse aus Normalstahl SD32 auf. Aus dem Zwischenbehälter 22 wird die Biomasse mittels einer achsenlosen Spiralförderanlage 23 als Förderelement unter Luftausschluss kontinuierlich in den Vergaser gefördert.
Der Zwischenbehälter 22 wird mit der Biomasse intermittierend aus einem Vorratsbehälter 24 mit einem Volumen von 30 m³ beschickt. Der Vorratsbehälter 24 weist am tiefsten Punkt eine Kastenschnecke 25 auf, die die Biomasse über einen Auswurfkasten 26 in eine zweite achsenlose Spiralförderanlage 27 übergibt. Von dieser achsenlosen Spiralförderanlage 27 wird die Biomasse an eine vertikale achsenlose Spiralförderanlage 28 übergeben. Diese fördert die Biomasse noch oben, wo sie über einen Abwurfschacht 29 auf einen ersten pneumatischen Schieber 30 einer Schleuse 31 fällt. Der Füllstand des Abwurfschachts 29 wird mittels einer Lichtschranke 32 überwacht. Nach Erreichen einer Füllhöhe von ca. 40 dm³ wird ein zweiter pneumatischer Schieber 33 geschlossen, der die Schleuse 31 unterhalb des ersten Schiebers 30 begrenzt. Anschließend wird der erste Schieber 30 geöffnet, die Biomasse fällt auf den zweiten Schieber 33 und der erste Schieber 30 wird geschlossen. Danach öffnet der zweite Schieber 33 und die Biomasse fällt in den Zwischenbehälter 22.
Die Größe und Menge der Filterelemente 3 ist abhängig von der Leistung des Motors. Höhere Leistung erfordert mehr Filterfläche, niedrige Leistung weniger Filterfläche. Durchmesser und Länge der Filterelemente 3 sind variabel und werden den örtlichen Gegebenheiten angepasst: Bei ausreichender Raumhöhe werden der Filter 1 höher und die Filterelemente 3 länger ausgeführt, bei geringerer Raumhöhe kommt eine größere Anzahl von kürzeren Filterelementen 3 zum Einsatz. Die Filterelemente 3 können auch vier oder fünf Lagen des Edelstahlvlieses aufweisen. Der Vorratsbehälter 24 kann auch ein Volumen von 60 m³ aufweisen.
In den Figuren sind

1: Filter
2: Filtergehäuse
3: Filterelement
4: Reingasseite
5: Rohgasseite
6: Kugelhahn
7: Gasleitung
8: Gasleitung
9: Zyklon
10: Druckluftbehälter
11: Edelstahllanze
12: Spiralförderanlage
13: Klappenschleusensystem
14: Schnecke
15: Rost
16: Edelstahlstab
17: Drittel
18: Mitte
19: Edelstahlscheibe
20: Revisionshaken
21: Stauscheibe
22: Zwischenbehälter
23: Spiralförderanlage
24: Vorratsbehälter
25: Kastenschnecke
26: Auswurfkasten
27: Spiralförderanlage
28: Spiralförderanlage
29: Abwurfschacht
30: Schieber
31: Schleuse
32: Lichtschranke
33: Schieber

Claims

Vorrichtung zum Vergasen von Biomasse, mit einem Vergaser zum Herstellen von Brenngas aus der Biomasse und mit mindestens einem Filterelement (3), durch das das Brenngas aus dem Vergaser leitbar ist, wobei das mindestens eine Filterelement (3) aus Edelstahlvlies besteht und die Biomasse mittels einer achslosen Spiralförderanlage (23) kontinuierlich aus einem von Umgebungsluft abgeschlossenen Zwischenbehälter (22) in den Vergaser förderbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomasse aus einem Vorratsbehälter (24) zunächst unter Umgebungsluft in eine Schleuse (31) über dem Zwischenbehälter (22) förderbar, die Schleuse (31) sodann gegenüber der Umgebungsluft schließbar und schließlich gegenüber dem Zwischenbehälter (22) öffenbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Edelstahlgewebe, das das Edelstahlvlies umgibt.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (3) in einem Sinterverfahren hergestellt ist
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Filterelement (3) eine Filterkerze ist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Stützkorb, der das mindestens eine Filterelement (3) stützt.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Messelement, mittels dessen ein Differenzdruck zwischen einer Rohgasseite (5) und einer Reingasseite (4) des mindestens einen Filterelements (3) messbar ist sowie durch eine Abblaseinrichtung, mittels derer ein Reinigungsgas von der Reingasseite (4) zu der Rohgasseite (5) durch das mindestens eine Filterelement (3) leitbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergaser ein Festbettvergaser ist.
Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zum Vergasen von Biomasse nach einem der vorgenannten Ansprüche, mit einem Vergaser zum Herstellen von Brenngas aus der Biomasse und mit mindestens einem Filterelement (3), das aus Edelstahl besteht und durch das das Brenngas aus dem Vergaser geleitet wird, wobei die Biomasse mittels einer achslosen Spiralförderanlage (23) kontinuierlich aus einem von Umgebungsluft abgeschlossenen Zwischenbehälter (22) in den Vergaser gefördert wird.