DE2622930C2 - Reaktor zur Durchführung thermischer Einwirkungen auf zu Ballen gepreßte oder gewickelte Brennstoffe organischen Ursprunges - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Reaktoren zur Durchführung thermischer Einwirkungen wie Entgasungen, Verschwelungen, Vergasungen, Verbrennungen, Verkohlungen, auf die Überführung so gebildeter Kohle in Aktivkohle, auf Verkokungen und/oder Veraschungen zu Ballen gepreiaer oder gewickelter Brennstoffe organischen Ursprunges mit einer zur Brennstoffvorratsaufnahme dienenden Schachtanordnung, die in einen einstellbare Sauerstoffzuführungsmittel aufweisenden Schachtunterteil übergeht, der zur Gewährleistung einer ausreichenden Mindestverweilzeit mit einer drosseldüsenbildenden, zentralen Hohlkörperanordnungversehenist.

Reaktoren dieser Ausbildung sind bereits für Raumheizöfen, die mit Abfallbrennstoffen wie Sägemehl, Torfabrieb und anderen feinstückigen bzw. -körnigen Brennstoffen gespeist werden sollen, in der Erwägung vorgeschlagen worden, daß die Verbrennungszone nur den unteren Bereich der Schachtfüllung erfaßt, in dem darüberliegenden, oberen Bereich der Schachtfüllung Holzessig, giftige Schadstoffe wie Phenol, Phenolzersetzungsprodukte, große Mengen rauchhaltiger Schwelgase, daß Ruß, Teer, zusätzliche Schmutzbildner sowie Ofen, Kamin und Mauerwerk zersetzende Stoffe entstehen, daß sich Ersatzbildung während des Ofenbetriebes für bereits verbrauchten Brennstoff als undurchführbar erwiesen, habe, womit untragbare Verlustzeiten für Abwarten auf das Erkalten hochtemperierter Ofenteile und erst dann anschließend ermöglichte Brennstoffnachfüllungen unumgehbar wären, womit es sich unter Aufgabe derartige Nachteile nach sich ziehender Ofenkonstruktionen als notwendig erwiesen hätte, entweder außer einer Hauptverbrennungskammer am unteren Schachtende einen Nachverbrennungsraum mit der Maßgabe vorzusehen, zur Behebung der überaus lästigen Entwicklung von Rauch diesen unter Zersetzung in brennbare Gase durch Glutzonen hindurchzuziehen, oder die Nachverbrennungskammer unterhalb des Rostes mit dem nicht minder großen Nachteil anordnen zu müssen, daß dann die Asche in Rauchzüge gelangt, diese zu verstopfen und den Wärmeübergang unter völliger Unwirtschaftlichkeit des Ganzen weitestgehend zu beeinträchtigen vermag; aber das führte zu einem Vorschlag, der nur andere Nachteile an die Stelle der vorerwähnten zu setzen vermochte und der darin bestand, das Eindringen

von Asche in die Rauchzüge dadurch verhindern zu können, daß eine in der Rostmitte vorzusehende, zentrale Ausnehmung durch eine vorgeordnete, hohlkegelige, den Aschendurchfall ausschließende Haube überdeckt sowie die Nachverbrennungskammer in Form eines in den Haubenhohlraum hineinragenden Rohrstutzens ausgeführt wird. Das aber läßt die dem früheren Stand der Technik gegenüber geltend gemachten Nachteile im wesentlichen unverändert wieder auftreten und beseitigt nicht die Neuheit der Erfindung, die darin besteht, daß der Brennstoff in Formfestkörperausbildung auftritt und daß in dem diese Formkörper aufnehmenden Schachtunterteil erfindungsgemäß ein die Zuführungsbewegung dieser Körper anhaltendes und den Formkörper jeweils zentrierendes Verdrängungsstück angeordnet ist.

Wird zudem dieses Verdränguogsstück nach Maßgabe der Unteransprüche und eines noch im Einzelnen zu beschreibenden, zeichnerisch veranschaulichten Ausführungsbeispieles ausgebildet, so fallen die mit dem Stand der Technik verbundenen Nachteile deshalb fort, weil sie unmittelbar auf die feinkörnige bzw. -stückige Formstruktur des zur Verwendung kommend-.n Brennstoffes zurückgingen, wie das noch im Einzelnen in Verbindung mit der Beschreibung einer optimalen Ausführungsmöglichkeit der Erfindung gezeigt werden soll.

Die Zeichnung gibt diese bevorzugte Ausführungsmöglichkeit der Erfindung beispielsweise wieder.

Fig. 1 zeigt einen senkrechten Schnitt durch den Reaktor nach Linie I-I der F i g. 2.

Fig.2 einen Horizontalschnitt nach Schnittlinie H-Il der Fig. 1, während

Fig. 3 einen teilweisen, waagerechten Schnitt nach Linie Ill-Ill der F i g. 1 und eine teilweise Draufsicht auf einen Nachbrenner wiedergibt.

Das Ausführungsbeispiel stellt zunächst sämtliche, nachstehend beschriebene Teile, außerdem die Gegenstände aller Unteransprüche dar.

Die Zeichnung selbst veranschaulicht einen Reaktor, der zur th.rmischen Behandlung von Großballen bestimmt ist. wie sie üblicherweise mittels spiraliger Aufwicklung von Strohmatten hergestellt werden, was nicht ausschließt, kleinere Strohballen zu Großballen mit ringzylindrischer Ausbildung zusammenzupressen, angenähert zu Zylindern schraubengangförmig aufzuwickeln, Strohhalme in topfförniige Stahl- oder GuDformen einzudrücken, einzustampfen oder sonstwie in Ringformen zu überführen, was schon beim Mähdreschen geschehen kann, ohne daß es sich hierbei um erfindungswesentliche Angaben handelt.

Die Zeichnung läßt als Hauptteile des Reaktors einen Vertikalschacht 1 erkennen, weiter einen an diesen angeschlossenen Schachtunterteil 2, in den der Schacht 1 übergeht und in dessen Behandlungsraum 3 Einbautei-Ie, zusammenfassend mit 9 bezeichnet, liegen, eine Nachbrennkammer 5, Einbauten 6 in letzterer, ein Hebezeug 7, einen Schachtdeckelabschluß 8, ein Fallgewicht Il und zusätzliche Anbauioile 9, auf die noch im Ein/einen eingegangen wird.

Handelt es sich, wie bereits angedeutet, um spiralig aufgewickelte Brennstoffballen 4 oder ringzylinderähnliche Konglomerate aus Preßstückteilen, so fällt die Mittelachse einer Kernwicklung bzw. Kernes regelmäßig mit der Schachtachse zusammen. Das Hebezeug 7 hat vorteilhaft eine Schwenkvorrichtung. Das unterhalb des Deckels 8 vorgesehene Fallgewicht 11 weist spiralförmig verlaufende, nicht bezeichnete Nuten zur Aufnahme einer Kette auf, deren Ende in der Mitte des Fallgewichtes mit letzterem veihunden ist. Das Fallgewicht selbst ruht auf auslösbaren Anschlügen auf, dersn Rückzug dazu führt, daß es unter dem Einfluß seines Gewichtes nach unten fällt und dabei ein Aschegerüst zerstört, das sich bei der letzteren, vorhergehenden, thermischen Behandlung organischer Brennstoffe jeweils und regelmäßig bildet. Hierbei streckt sich die Kette, ein Windwerk vermag es hochzuziehen, wobei sich die Kette in die Aufnahmenut legt.

Zwecks Eröffnung des Schachthohlraumes 12 wird das Hebezeug 7 betätigt, das auch dazu dient, den Schachthohlraum 12 zu verschließen, sobald er mit neuem Brennstoff beschickt worden ist. Für den Fall, daß auf den Verbrauch eines Großballens automatisch eine Nachförderung noch zu behandelnder, weiterer Großballen mittels einer zeichnerisch nicht wiedergegebenen Schleusenvorrichtung folgen soll, ist es möglich, zur Zerstörung des Aschegerüstes das Fallgewicht 11 durch eine am unteren Ende des Schachtes angeordnete, an sich bekannte Rüttelsiebvorricht"-:g zu ersetzen. In diesem Falle schließt ein Sieb den Scrachthohlraum an seinem unteren Ende ab. Das Sieb ist in an sich bekannter Weise auf peripher gleichmäßig verteilte, im Räume schräggestellten Stelzen aufgelagert, die üiitteis eines Domes und eines nicht gezeichneten Aufsteckhebels hin- und herverschwenkbar sind. Demgemäß führt das Sieb einerseits eine zusätzliche Auf- bzw. Abwärtsbewegung, außerdem die vorerwähnte, peripher verlaufende, hin- und hergehende Bewegung aus. Auch dadurch kommt es zu einer Zerstörung des Aschegerüstes, so daß die bei organischen Brennstoffen äußerst leicht und schlackenlose Achse ohne Schwierigkeiten beseitigt, insbesondere abgesaugt werden kann.

Ist der Schachthohlraum 12 für den Fall der Anordnung von Schleusen und Schleusenzwischenkammern unterteilt, die in Vertikalrichtung aufeinander folgen, so können die Schleusenkammern trennende. zeitweise verbindende, nach Art kräftiger irisblenden ausgeführte, im geschlossenen Zustand jeweils einen Großballen tragende und ihn zur Förderung im freien Faü entlassende, bewegliche Schleusenkammerabschlüsse, sobald ihre Randkanten eine Lage erreicht haben, in der ihr Umfang etwas kleiner ist al:> der äußere Umfang des Großballens, der anschließend zur thermischen Behandlung ansteht, betätigt we, den, wobei die Einzelblätter der Irisblenden mittels eines einfachen. peripher wirksamen Verstelltriebes in Freigabe- bzw. Schleusenverschlußstellungen überführt werden.

Eine Programmsteuerung kann dann dafür sorgen. daß nach Verbrauch einer wählbaren Zahl von Großballen entweder eine Fortsetzung der selbsttätigen Auffüllung des Schachtraumes 12 und der noch leeren Schleusenkammern stattfindet, wobei Sicherungen vorhanden sind, die ein gleichzeitiges öffnen und Schließen an jeweils nur einen Großbauer, angrenzender Schleusen verhindern. Bei Unterdruckbetrieb des Reaktors kann natürlich auf hermetisch abzudichtende Schleusenkammern verzichtet werden.

Vorhanden sin J weiter Vorrichtungen, die dafür sorgen, daß jeweils nur der unterste einer Reihe vertikal und unter Stirnflächenberührung säulenartig aufeinander gestapelter Großballen in durch Einstellung der Zuführungsgeschwindigkeit wenigstens eines Reaktionsteilnehmers in dem Schichtvolumen nach bemessener Schicht der thtr/nischon Einwirkung unterworfen wird. Die Vorrichtungen sind zusammenfassend mit 9 bezeichnet. Diese Vorrichtungen 9 haben, unterstellt, es

handle sich um die erste Inbetriebnahme des Reaktors, zunächst die Aufgabe, die Einleitung der thermischen Reaktionen zu übernehmen, die ihrer Gesamtheit nach zu der den Zweck der Erfindung bildenden thermischen Behandlung des Brennstoffes führen sollen. Diese erste ί Aktion besteht also in der Entzündung eines Zentralbe reiches der Bodenschicht des jeweils untersten Großballens eines Großballenstapels. Weitere Aufgabe der Vorrichtungen 9 ist es, anschließend die im Zentralbereich auftretende Reaktion radial nach außen zum m Umfang der Bodenschicht des Ballens hin fortlaufend auszudehnen und damit auf den gesamten Querschniiisbereieh dieser Bodenschicht zu erstrecken, wobei außerdem, gleichzeitig und/oder anschließend, höher gelegenen Schichten des Ballens der gleichen Reaktio- r> nenfolge unterworfen werden, damit ein erster Rcaktionsvcrlauf zu der erstrebten trockenen Destillation, weiter zur Bildung von Schwelgasen, von Luftgas durch Vergasung, einer Teilverbrennung und. ggf.. /u einer Vollvcrbrennung fülirt. ;n

Um das verwirklichen zu können, weist die Vorrichtung 9 an Einzelheiten das Verdrängiingsstück 92 auf. Diesem Verdrängungsstück 92, das also durch Eindringen eines kegelförmig ausgebildeten Aufsatzes 93 in den im freien Fall aufschlagenden Großballen dessen :', Mittelbereich in Richtung von innen nach außen durch Verdrängung von Strohhalmen auflockert und dadurch seine Ent/iindungsmöglichkeit durch eine Zündfackel bzw. elektrisch erhitzte Glühkerze erleichtert kommt also die angegebene funktioneile Bedeutung zu m

Deshalb, weil im Bereiche dieser Teile 91—9.3 der Vorrichtung 9 auftretende Temperaturen ein verhältnismäßig hohes Niveau haben, bestehen sie aus Gußeisen, hochhit/ebeständigen Stählen oder auch aus feuerfesten keramischen Stoffen, wobei aus der Zeichnung t: -.ichtli- η ehe metallische Einlagen den Vorrichtungsteii· η und letztere umhüllenden keramischen Stoffen. Beton. Mauerwerk, feuerfesten Steinen eine ausreichende Aussteifung und statische Verstärkung geben.

Das vorerwähnte Anschlagteilstück 92 übernimmt demgemäß die Funktion einer Anschlagbildung zur Begrenzung einer durch Absenkung des Großballens in den Schacht I und Schachtunterteil 2, 3 einerseits, zur Beschränkung auftretender Reaktionen auf Schichtbereiche der Ballen andererseits, weiter zur Freilassung eines zur Aufnahme von Asche erforderlichen Raumes in unten liegenden Bereichen des Schachtunterteiles. Die Beschränkung auf Schichten ist deshalb vorteilhaft, weil Versuche und Erprobungen gezeigt haben, daß. wie bereits ausgeführt, die exotherme Reaktion zum Beginn der thermischen Einwirkungen zu einer überaus stürmischen Schwelgasproduktion führt, womit zur Vergasung erforderliche Teilluftmengen aus der Vergasungsphäre verdrängt wurden. Es ist daher eine der Abdachung 91 zugeordnete, weitere Aufgabe, eine im Einzelnen nicht dargestellte Frischluftzuführung aufzunehmen, die in eine zentrale Ausmündung übergeht. Die spitzkegelige Haube 93 verhindert den Einfall aus dem Schachtunterteil 2, 3 stammender, fester Reaktionserzeugnisse, behindert aber nicht die angegebenen Gas- μ und Dampfströmungen. Die Frischluftzuführung selbst ist anhand des aus F i g. 3 ersichtlichen Kanales 94 zu erkennen.

Ein zwischen den Teilen 91 und 95 auftretender, nahezu ringförmig geschlossener Spalt 91/95 dient zur AbEaU¹HiH⁰ von GRsfrakiionen aus dein Riiyrn 3 und zur Oberleitung deren Mischung in den vertikal verlaufenden Hohlkanal 96 des Nachverbrennungsstückes 95.

In einer Trennwand 95/5 zwischen dem den Hohlkanal 96 des Anschlagstückes 95 und des Nachbrennerteile 6 aufnehmenden Raum 5 sind drosselnde Querdüsen 95/6 reihenweise angeordnet, die in einem ringzylindrischen Sammelraum % ausmünden, wobei die Anordnung der Drosselkanäle 95/6 so getroffen sind, daß sie an der Frischluflzuführiing 94 zum Stutzen 92 vorbeigehen. Ein zweiter ringzylindrischer Raum 99 liegt zwischen zwei zueinander konzentrischen Rohren, deren äußeres wenigstens innerhalb einer Düse 97 umgebenden Raumes perforiert ist; die aus den Drosselkanälen 95/6 austretenden Gasdampfstrahlen werden demgemäß zu der Sekundärluft zuführenden Axialdüsc 97 hin abgelenkt, womit die Düse 97 das innere Strahlrohr eines Injektors bildet, der in den strömungsvorgcordneten Räumen, darunter 2, 3, 95, 95/6 und % einen Unterdruck erzeugt. Einer zentralen FrKchluftdüse 97 ist in Richtung zur Atmosphäre hin nach F i g. 1 ein Außenstutzen 98 mit einer Ventilanordnung V und mit einem irischiultemtrittstrichter vorgeordnet. Die über V angesaugte Sekundärluft vermischt sich mit der in die freie Mündung der letzteren umgebenden Brcnnrohranordnung eintretenden Strömung aus dem Räume 3 stammender, unter Wirkung der Querkanäle 95/6 durchwirbelter Gasfraktionen, so daß es zu einer ggf. erwünschten vollständigen Verbrennung des in diesen Gasen noch enthaltenen Brennbaren kommen muß. wobei Jas Ventil Kauf eine Verbrennung zweckmäßig unter Luftüberschuß eingestellt ist, weil die Nachver brennung in dem auf die Düse 97 folgenden Nachverbrennungsraum 9») eine zweckvolle Aufheizung aller strömungsberührten Flächen auf hohe Temperaturen zur Folge hätte. Angeflanscht an das daher nur Abgase abführende, den Nachverbrennungsraum umgebende Brennerrohr ist eine als ganzes mit 103 bezeichnete Abgasverwertungseinrichtung, die ein Klappenumschaltventil 100, im Anschluß daran den Untcrdruckerzeuger 101 sowie die Abgasleitung 102 aufweist. Bei entsprechender Stellung des Klappenumschaltventilcs 100 werden noch heiße Abgase einer Wärmetauscher anordnung 102 zugeleitet, wenn Leitung 103 nicht zu einer Vorrichtung führt, die etwa zur Trocknung von Getreide Anwendung zu finden vermag.

Einrichtungen nach der Zeichnung können auch ortsbeweglich ausgebildet sein, wobei im Falle der Anordnung einer Schleuse die gesamte Einrichtung so unter einen Vorratsbehälter für Ballen verfahrbar ist. daß sich die Mündung des Schachtes 1 unmittelbar unter einer Schleusenanordnung befindet, die dann zweckmäßig nach Art eines Kranportals zur Ermöglichung der Einführung der gesamten Reaktoreinrichtung in die Anlage ausgebildet ist.

Die zeichnerische Wiedergabe wurde auf wesentliche Einrichtungsteile beschränkt So kann es sich als zweckmäßig erweisen, um völlige Staubfreiheit der abgezogenen Verbrennungsgase zu erzielen, diesen Staub durch Erzeugung einer ihn niederschlagenden Kernkondensaiion zu beseitigen, was dadurch geschehen kann, daß gleichzeitig Kühlung und Sättigung der Strömung mittels in der Anlage zu erzeugenden Dampfes verwirklicht werden. Im einfachsten Falle handelt es sich dabei um Wasserdampf. Praktisch wird in der Weise vorgegangen, daß Verbrennungsgase, denen die fühlbare Wärme in Wärmetauschern bereits weitestgehend entzogen wurde, beispielsweise zwecks Vorwärmung von zu Vergasungen, zu Teil- und N ach Verbrennungen dienender Luft, in einen Gaskühler

eingeführt werden, der sich oberhalb eines Behälters mit einer aus flüssigem Wasser bestehenden Rilluiig befindet. Wird dieser Kühler mil strömender, atmosphärischer Luft angeblasen, so kommt es in dem Ciaskühler einerseits /ur Sättigung der Verbrennungsgase mit aus dem Wasserbehälter aufsteigendem Dampf und andererseits /u einer Temperaturerniedrigung, die dazu führt, (IaO die die Staubteilchen in den Verbrennungsgas »..n als Kerne umhüllenden Wasserdampfteilchen zu Wasser kondensieren und die Staubteilchen einerseits so anfeuchten, andererseits so beschweren, daß es auf diese Weise zu einer Auswaschung des Staubes aus den

Verbrennungsgasen unter Wirkung der vorcrliiiiierien Kernkondensation kommt. Durch in dem Wasserbehälter angeordnete Schikanen ist dabei zu erreichen, el a U auf die erläuterte Weise vorgereinigtes Gas mehr oder vielfach aus der Wasseransammlung austritt und wieder zum Flint ritt in dieselbe gezwungen wird, womit es /u einer Nachreinigung kommt, welche die Nachverbrennungsgase praktisch staubfrei macht. Der bisher durch keine andere Maßnahme zu übertreffende Reinheitsgrad der Verbrennungsgase macht diese für eine Reihe von Sonderfällen geeignet und damit besonders wertvoll.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Reaktor zur Durchführung thermischer Einwirkungen, wie Entgasungen, Verschwelungen, Vergasungen, Verbrennungen, Verkohlungen, Überführung so gebildeter Kohle in Aktivkohle, Verkokung und/oder Veraschung, auf zu Ballen gepreßte oder gewickelte Brennstoffe organischen Ursprungs, mit einer zur Vorratsaufnahme dienenden Schachtanordnung, die in einen, einstellbare Sauerstoffzuführungsmittel aufweisenden Schachtunterteil übergeht, der zur Gewährleistung einer ausreichenden Mindestverweilzeit mit einer drosseldüsenbildenden, zentralen Hohlkörperanordnung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem die zugeführten Brennstofformkörper (4) aufnehmenden Schachtunterteil (2) ein die Zuführungsbewegung der Körper anhaltendes sowie dabei zentrierendes Verdrängungsstück (9) angeordnet ist

2. Reaktor nach Anspruch I, dadurch gektnnzeichnet, di3 das Verdrängungsstück (9) als Hohlkörper ausgebildet ist. der an Räume (3:94:96:

5; 6) angrenzt, die unterschiedliche Strömungsquellen, darunter primäre Frisch- und Sekundärluft, besitzen.

3. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdrängungsstück (9) einer Nachbrenneranordnung (6) im Gasweg vprgeordnet ist.

4. Rekator nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hohlraum (96) des VerdrängungFstückes (9) als Abzug für in dem vorgeordneten Schachtunterteil (2) erzeugte Gas- und Dampffraktionen ausgebilcet ist.

5. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß ljs Verdrängungsstück (9) mindestens eine in den Schachtunterteil (2) ausblasende Düse (92) für zusätzlich zuzuführendes Vergasungsmittel, vornehmlich aus der Atmosphäre entnommene Frischluft, aufweist.

6. Reaktor nach einem der Ansprüche 1—5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Verdrängungsslück (9) Zuführungsdüsen für zusätzliches Vergasungsmittel tangential in die Hohlkammer (2) einmünden.

7. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 — 6, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Verdrängungsstück (9) der als Zentrierstück (91) wirksame Mittelteil nach Art eines Spitzdaches ausgebildet ist, das gleichachsig von einer Zuführungsdüse (92) für zusätzliches Vergasungsmittel durchdrungen ist.

8. Reaktor nach einem der Ansprüche 1—7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sammelraum (96) des Verdrängiingsstückes (9) an ein der Nachbrenneranordnung (6) angehörendes Brennrohr (99) angrenzt, dessen Mündungsbereich in den Sammelrauni einer vorzugsweise in der Brennrohrachse zentral angeordneten, zweckmäßig verstellbaren Einführtingsdüse (97) für zusätzlich zuzuführendes Vergasungsmittel, vorzugsweise in Form von Sekundärluft und unter Bildung eines Injektors durchsetzt ist.

9. Reaktor nach einem der Ansprüche 1—8, dadurch gekennzeichnet, daß in einem an das Brennrohr (99) der Nachbrenneranordnung (6) angrenzenden Wandbereich des Verdrängungsstükkes (9) Drosselstellen (95/6) für Dämpfe und Gase vorgesehen sind, wobei die Drosselquerschnittc durchsetzenden Einzelströmungen, unter Vercrakkung der Schadstoffe, im Brennrohr sich zu einer Gesamtströmung vereinigen.

10. Reaktor nach einem der Ansprüche 1—9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schachtanordnung (12) vorzugsweise von der Lage der Brennstofformkörper abhängig gesteuerte, Schleusen angeordnet sind.

11. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 — 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schachtgleitführung (1) den Brennstoffkörpern angepaßt ist

12. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 — 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachverbrennungsraum (5) seiner Formgebung nach derjenigen des Schachtunterteiis (2) angepaßt ist und bei Schächten vollkreisförmigen Querschnittes eine Länge gleich dem Durchmesser des Schachtunterteils aufweist