DE3906976A1

DE3906976A1 - Solid-matter gasification boiler producing power and heat

Info

Publication number: DE3906976A1
Application number: DE19893906976
Authority: DE
Inventors: Manfred Koepke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-02-23
Filing date: 1989-03-04
Publication date: 1990-08-30
Also published as: DE3906976C2; DE3943620C2

Abstract

In the solid-matter gasification boiler arrangements belonging to the prior art, the actual gasification boiler has a heat exchanger linked to it, by means of which the residual energy from the waste gases is recovered. According to the invention, it is proposed to insert a hot-air engine and/or a gas engine between the actual solid-matter gasification boiler and heat exchanger, so that the entire arrangement can be referred to as a combined power and heat generator.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Feststoffver gasungsheizkesselanordnung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.The invention relates to a solid matter ver Gasification boiler arrangement according to the preamble of the main claim.

Aus der DE-OS 37 05 406 ist eine solche Heizkessel anordnung bekannt. Bei dieser bekannten Anordnung wird ein Brenngas von hoher Qualität erreicht und da kaum Öle und Teere in den Abgasen enthalten sind, wird eine sehr umweltfreundliche Verbrennung ge schaffen. Außerdem fällt bei dem bekannten Kessel in außergewöhnlich geringem Maße Asche an, wobei es sich um eine ungeschmolzene, sterile Asche in mehli gem Zustand handelt.Such a boiler is known from DE-OS 37 05 406 arrangement known. In this known arrangement a high quality fuel gas is reached and there hardly any oils and tars are contained in the exhaust gases, is a very environmentally friendly combustion create. In addition, in the known boiler exceptionally low ash, taking it an unmelted, sterile ash in flour acts according to condition.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ener gieausbeute und den Einsatzbereich der bekannten Feststoffvergasungsheizkesselanordnung noch zu er weitern.The invention is based on the task, the energy yield and the application of the known Solid gasification boiler assembly still to he continue.

Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird einmal dadurch gelöst, daß zwischen den Wärmetau scher und den Auslaß des eigentlichen Flammrohres ein sogenannter Heißluftmotor eingeschaltet ist.This object underlying the invention will once solved in that between the heat rope shear and the outlet of the actual flame tube a so-called hot air motor is switched on.

Der Heißluftmotor ist eine umkehrbare thermodynami sche Maschine, die nach dem "Stirlingschen Kreis prozeß" arbeitet.The hot air motor is a reversible thermodynami machine according to the "Stirling circle process "works.

Mit dem erfindungsgemäßen Vorschlag wird also er reicht, daß mit dem bekannten Feststoffvergasungs heizkessel nicht nur Wärme erzeugt werden kann, son dern auch Kraft, wobei in vorteilhafter Weise sowohl Kraft wie auch Wärme erzeugt wird, d.h. also eine Kraft-Wärme-Kopplung erfolgt.With the proposal according to the invention, he becomes is enough that with the known solid gasification boiler not only heat can be generated, son also strength, both advantageously Power as well as heat is generated, i.e. so one Cogeneration takes place.

Die nach dem Ablauf der Vergasung und Verbrennung verbleibenden Abgase werden bei der erfindungsge mäßen Anordnung durch einen Heißluftmotor einerseits in Kraft, z. B. Elektrizität, umgewandelt, zum an dern erfolgt eine Restausbeute der Energie durch einen Wärmetauscher. Die dann eine sehr niedrige Abgastemperatur aufweisenden Gase werden in den Kamin abgeführt und sind umweltfreundlich und ent sprechen den gesetzlichen Vorschriften.That after the end of gasification and combustion remaining exhaust gases are in the Invention moderate arrangement by a hot air motor on the one hand in force, e.g. B. Electricity, converted to there is a residual energy yield a heat exchanger. Then a very low one Exhaust gas temperatures are in the Chimney and are environmentally friendly and ent speak the legal regulations.

Weiterhin wird gemäß der Erfindung zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe vorgeschla gen, daß unterhalb des Rostes ein Gasansaugrohr mün det, das anderenendes zu einem Gasmotor führt, des sen Abgasseite mit dem Wärmetauscher in Verbindung steht.Furthermore, according to the invention to solve the proposed object of the invention conditions that a gas intake pipe mun below the grate det, the other end leads to a gas engine, the Exhaust side in connection with the heat exchanger stands.

Durch eine solche Anordnung kann ein Teil der Ver brennungsgase in einem Gasmotor in Kraft umgewandelt werden, während der andere Teil der Verbrennungsgase dem Wärmetauscher zugeführt wird.With such an arrangement, part of the ver Combustion gases converted into power in a gas engine be while the other part of the combustion gases is supplied to the heat exchanger.

Gemäß der Erfindung ist es dann weiterhin möglich, beide vorgenannten Vorschläge auch zu kombinieren.According to the invention, it is then also possible to combine both of the above suggestions.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfol gend anhand der Zeichnungen erläutert. Die Zeich nungen zeigen dabei in An embodiment of the invention will follow explained with reference to the drawings. The drawing The names show in

Fig. 1 eine Ausführungsform des Kessels mit einem Heißluftmotor und in Fig. 1 shows an embodiment of the boiler with a hot air motor and in

Fig. 2 eine Ausführungsform des Kessels mit ei nem Gasmotor. Fig. 2 shows an embodiment of the boiler with egg NEM gas engine.

In Fig. 1 ist ein Feststoffvergasungsheizkessel mit einem anschließenden Wärmeaustauscher dargestellt.In Fig. 1 a solid gasification boiler is shown with a subsequent heat exchanger.

In Fig. 1 ist mit 12 ein Füllschacht bezeichnet, wo bei oberhalb des Füllschachtes eine Beschickungsan lage 8 vorgesehen ist. In der oberen Wandung des ei gentlichen Kessels mündet ein Druckausgleichsrohr 9.In Fig. 1, 12 denotes a filling shaft, where a loading position 8 is provided at above the filling shaft. A pressure compensation pipe 9 opens into the upper wall of the actual boiler.

Bei 21 ist ein Füllstandsregler erkennbar.A fill level controller can be seen at 21 .

Oberhalb eines Rostes 5, der als Rüttelrost ausge bildet ist, wird ein Reaktionsraum 6 geschaffen, wobei in diesen Reaktionsraum 6 und oberhalb des Rostes 5 ein Zündbrenner 7 mündet. Unterhalb des Rostes 5 wird eine Brennkammer 14 geschaffen, an deren unterem Ende die Entaschung 1 anschließt. Innerhalb der Brennkammer 14 ist ein Flammrohr 4 vorgesehen, das aus einem äußeren Flammrohr 15 und einem inneren Flammrohr 16 gebildet ist. In das Flammrohr 4 mündet ein Stützbrenner 2, der mit einer Explosionsklappe 3 ausgerüstet ist.Above a grate 5 , which is formed as a vibrating grate, a reaction chamber 6 is created, a pilot burner 7 opening into this reaction space 6 and above the grate 5 . Below the grate 5 , a combustion chamber 14 is created, at the lower end of which the ash removal 1 connects. A flame tube 4 is provided within the combustion chamber 14 and is formed from an outer flame tube 15 and an inner flame tube 16 . A support burner 2 , which is equipped with an explosion flap 3 , opens into the flame tube 4 .

An das innere Flammrohr 16 schließt ein Abgasrohr stutzen 10 an und die hier austretenden Verbren nungsgase werden in einen Heißluftmotor 22 geführt. Die vom Heißluftmotor 22 abgegebenen Abgase werden über einen zweiten Abgasrohrstutzen 10 zu einem Wärmetauscher 11 geführt.To the inner flame tube 16 , an exhaust pipe connecting piece 10 and the combustion gases emerging here are guided into a hot air motor 22 . The exhaust gases emitted by the hot-air engine 22 are led to a heat exchanger 11 via a second exhaust pipe socket 10 .

Mit 17 sind in der Darstellung Sekundärluftzufüh rungen bezeichnet, die im Bereich der Eintrittsöff nung des äußeren Flammrohres 15 münden. Diese Sekun därluftzuführungen 17 können injektorartig ausge bildet sein, so daß hier ein Mitreißen der Brenngase erfolgt.With 17 secondary air supplies are shown in the illustration, opening in the area of the inlet opening of the outer flame tube 15 . This second därluftzuführungen 17 can be formed like an injector, so that there is an entrainment of the fuel gases.

Die beiden Flammrohre 15 und 16 sind so angeordnet, daß sich das äußere Flammrohr 15 zur Brennkammer 14 hin öffnet, während das innere Flammrohr 16 inner halb des äußeren Flammrohres 15 so angeordnet ist, daß es sich zum äußeren Flammrohr 15 öffnet.The two flame tubes 15 and 16 are arranged so that the outer flame tube 15 opens to the combustion chamber 14 , while the inner flame tube 16 is arranged within half of the outer flame tube 15 so that it opens to the outer flame tube 15 .

Im Inneren des inneren Flammrohres 16 ist ein Trich tereinsatz 19 vorgesehen, der konisch ausgebildet ist und sich in Strömungsrichtung der Gase verjüngt, wobei die Austrittsseite offen ist. In der Wandung dieses Trichtereinsatzes 19 sind ebenfalls Durch trittsöffnungen 20 vorgesehen, wobei die Summe der Durchtrittsöffnungen 20 und des offenen Endes des Trichtereinsatzes 19 gleich der Innenfläche des inneren Flammrohres 16 ist.Inside the inner flame tube 16 , a trich ter insert 19 is provided, which is conical and tapers in the direction of flow of the gases, the outlet side being open. In the wall of this funnel insert 19 are also provided through openings 20 , the sum of the openings 20 and the open end of the funnel insert 19 is equal to the inner surface of the inner flame tube 16 .

Im Bereich des Stützbrenners 2 vor der Mündung des inneren Flammrohres 16 sind Düsen 18 angeordnet, die der Zuführung eines die Verbrennung unterstützenden Gases, beispielsweise und vorzugsweise Sauerstoff, dienen.In the area of the support burner 2 in front of the mouth of the inner flame tube 16 there are nozzles 18 which serve to supply a gas which supports the combustion, for example and preferably oxygen.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß durch die lange Führung der Brenngase durch die Brennkammer 14, das äußere Flammrohr 15 und das innere Flammrohr 16 drei unterschiedliche Temperaturstufen geschaffen werden mit ggf. unterschiedlicher Luftzuführung, so daß ein vollständiger Ausbrand der Brenngase bewirkt wird. Die höchste Temperaturstufe liegt im Inneren des inneren Flammrohres 16.In summary, it can be stated that the long guidance of the fuel gases through the combustion chamber 14 , the outer flame tube 15 and the inner flame tube 16 creates three different temperature levels with possibly different air supply, so that a complete burnout of the fuel gases is brought about. The highest temperature level lies inside the inner flame tube 16 .

Die erste Ausnutzung dieser Abgase erfolgt in dem Heißluftmotor 22 und die dann noch in den Abgasen vorhandene Energie wird durch den Wärmetauscher 11 umgesetzt.The first use of these exhaust gases takes place in the hot-air engine 22 and the energy still present in the exhaust gases is converted by the heat exchanger 11 .

Durch die injektorartige Ausbildung der Sekundär luftzuführungen 17 und der Düsen 18 wird erreicht, daß mit einem geringen Unterdruck im Kessel gear beitet werden kann und dadurch mit geringen Strö mungsgeschwindigkeiten, so daß ein ruhiger und sauberer Ausbrand der Gase bewirkt wird.The injector-like design of the secondary air supply 17 and the nozzles 18 ensures that gear can be worked with a low negative pressure in the boiler and thereby with low flow velocities, so that a calm and clean burnout of the gases is effected.

In der Brennkammer 14 herrscht eine Temperatur von 600-800°C, so daß die vom Rost 5 herabfallende Asche nicht schmilzt und somit in einem mehl- oder granulatförmigen Zustand verbleibt. In dem äußeren Flammrohr 15 herrscht eine regelbare Temperatur zwischen 900-1000°C, wodurch bereits ein guter Ausbrand der Brenngase bewirkt wird. Schließlich wird im inneren Flammrohr 16 die höchste Tempera turstufe zwischen 1000-1600°C erreicht, so daß dadurch fast alle Schadstoffe, die in den Brenngasen mitgeführt werden, ausgebrannt werden können.A temperature of 600-800 ° C. prevails in the combustion chamber 14 , so that the ash falling from the grate 5 does not melt and thus remains in a flour or granular state. In the outer flame tube 15 there is a controllable temperature between 900-1000 ° C, which already causes a good burnout of the fuel gases. Finally, the highest temperature level between 1000-1600 ° C is reached in the inner flame tube 16 , so that almost all pollutants that are carried in the fuel gases can be burned out.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform sind mit den gleichen Bezugszeichen die gleichen Bauteile bezeichnet, und im Unterschied zu der in Fig. 1 dar gestellten Ausführungsform ist unterhalb des Rostes 5 im oberen Bereich der Brennkammer 14 ein Gasan saugrohr 24 angeordnet, das Brenngas einem Gasmotor 23 zuführt. Der Austrittsstutzen dieses Motors mün det in den Abgasrohrstutzen 10 und die Abgase fließen damit in den Wärmetauscher 11.In the embodiment shown in FIG. 2, the same components are denoted by the same reference numerals, and in contrast to the embodiment shown in FIG. 1, a gas pipe 24 is arranged below the grate 5 in the upper region of the combustion chamber 14 , the fuel gas one Gas engine 23 supplies. The outlet port of this engine mün det in the exhaust pipe socket 10 and the exhaust gases thus flow into the heat exchanger 11th

Claims

1. Festststoffvergasungsheizkesselanordnung mit einem oberhalb eines beweglichen Rostes (5) angeordneten Füllschacht (12), einem sich an den Füllschacht (12) oberhalb des Rostes (5) anschließenden Reaktionsraum (6), einer un terhalb des Rostes (5) angeordneten Brenn kammer (14) und einem innerhalb der Brenn kammer (14) angeordneten, mit einem Stütz brenner (2) ausgerüsteten, an ein Abgasrohr (10) anschließenden Flammrohr (4) sowie eine von einem Gebläse beschickte Luftzuleitung im Bereich des Rostes (5), im unteren Be reich der Brennkammer (14) und im oberen Be reich des Reaktionsraumes (6), die eine ge steuerte Frischluftzuführung zu den verschie denen Bereichen ermöglicht, wobei das Flamm rohr (4) aus einem äußeren sich zur Brenn kammer (14) hin öffnenden Flammrohr (15) und einem inneren, sich im Inneren des äußeren Flammrohres (15) befindenden und an das Ab gasrohr (10) anschließenden Flammrohr (16) gebildet ist und das äußere Flammrohr (15) mit einer Sekundärluftzuführung (17) ausge rüstet ist und im Bereich der Gaseintritts seite des inneren Flammrohres (16) Düsen (18) münden, über die ein die Verbrennung stützendes Gas, z. B. Sauerstoff, zuführbar ist und schließlich an das Flammrohr (16) ein Abgasrohr (10) und ein Wärmetauscher (11) anschließen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Mündung des Flammrohres (16) und den Einlaß des Wärmetauschers (11) ein Heißluftmotor (22) eingeschaltet ist.1. Solid fuel gasification boiler arrangement with an above a movable grate ( 5 ) arranged filling shaft ( 12 ), an adjoining the filling shaft ( 12 ) above the grate ( 5 ) adjoining reaction chamber ( 6 ), one below the grate ( 5 ) arranged combustion chamber ( 14 ) and one inside the combustion chamber ( 14 ), equipped with a support burner ( 2 ), attached to an exhaust pipe ( 10 ), flame tube ( 4 ) and a fan fed air supply in the area of the grate ( 5 ), in the lower be reaching the combustion chamber (14) and in the upper loading area of the reaction space (6) which allows ge controlled fresh air supply to the various those areas, wherein the flame tube (4) from an external to the combustion chamber (14) opening towards the flame tube ( 15 ) and an inner, located inside the outer flame tube ( 15 ) and from the gas tube ( 10 ) adjoining flame tube ( 16 ) is formed and the outer Flame tube ( 15 ) with a secondary air supply ( 17 ) is equipped and in the area of the gas inlet side of the inner flame tube ( 16 ) nozzles ( 18 ) open, via which a combustion-supporting gas, for. B. oxygen can be supplied and finally connect an exhaust pipe ( 10 ) and a heat exchanger ( 11 ) to the flame tube ( 16 ), characterized in that between the mouth of the flame tube ( 16 ) and the inlet of the heat exchanger ( 11 ) a hot air motor ( 22 ) is switched on.

2. Feststoffvergasungsheizkesselanordnung mit einem oberhalb eines beweglichen Rostes (5) angeordneten Füllschacht (12), einem sich an den Füllschacht (12) oberhalb des Rostes (5) anschließenden Reaktionsraum (6), einer un terhalb des Rostes (5) angeordneten Brennkam mer (14) und einem innerhalb der Brennkammer (14) angeordneten, mit einem Stützbrenner (2) ausgerüsteten, an ein Abgasrohr (10) an schließenden Flammrohr (4) sowie eine von einem Gebläse beschickte Luftzuleitung im Be reich des Rostes (5), im unteren Bereich der Brennkammer (14) und im oberen Bereich des Reaktionsraumes (6), die eine gesteuerte Frischluftzuführung zu den verschiedenen Be reichen ermöglicht, wobei das Flammrohr (4) aus einem äußeren sich zur Brennkammer (14) hin öffnenden Flammrohr (15) und einem inne ren, sich im Inneren des äußeren Flammrohres (15) befindenden und an das Abgasrohr (10) anschließenden Flammrohr (16) gebildet ist und das äußere Flammrohr (15) mit einer Se kundärluftzuführung (17) ausgerüstet ist und im Bereich der Gaseintrittsseite des inneren Flammrohres (16) Düsen (18) münden, über die ein die Verbrennung stützendes Gas, z. B. Sauerstoff, zuführbar ist und schließlich an das Flammrohr (16) ein Abgasrohr (10) und ein Wärmetauscher (11) anschließen, dadurch ge kennzeichnet, daß unterhalb des Rostes (5) ein Gasansaugrohr (24) mündet, das anderenen des zu einem Gasmotor (23) führt, dessen Ab gasseite mit dem Wärmetauscher (11) in Ver bindung steht.2. Solid gasification boiler arrangement with a filling shaft ( 12 ) arranged above a movable grate ( 5 ), a reaction chamber ( 6 ) adjoining the filling shaft ( 12 ) above the grate ( 5 ), a combustion chamber arranged underneath the grate ( 5 ) ( 14 ) and one arranged within the combustion chamber ( 14 ), equipped with a support burner ( 2 ), to an exhaust pipe ( 10 ) at the closing flame pipe ( 4 ) and an air supply fed by a blower in the area of the grate ( 5 ), in the lower Area of the combustion chamber ( 14 ) and in the upper area of the reaction chamber ( 6 ), which enables a controlled fresh air supply to the various loading areas, the flame tube ( 4 ) consisting of an outer flame tube ( 15 ) opening towards the combustion chamber ( 14 ) and one inside, inside the outer flame tube ( 15 ) and connected to the exhaust pipe ( 10 ) flame tube ( 16 ) is formed and the outer flame tube Ear ( 15 ) is equipped with a secondary air supply ( 17 ) and in the area of the gas inlet side of the inner flame tube ( 16 ) nozzles ( 18 ) open, via which a gas supporting the combustion, for. B. oxygen, can be supplied and finally connect to the flame tube ( 16 ), an exhaust pipe ( 10 ) and a heat exchanger ( 11 ), characterized in that below the grate ( 5 ) opens a gas intake pipe ( 24 ), the other of the one Gas engine ( 23 ) leads, the gas side of which is connected to the heat exchanger ( 11 ).

3. Feststoffvergasungsheizkesselanordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Kombination des Vergasungskessels mit dem Heißluftmotor (22) und dem Gasmotor (23).3. Solid gasification boiler arrangement according to claim 1 or 2, characterized by the combination of the gasification boiler with the hot air motor ( 22 ) and the gas engine ( 23 ).