DE1067555B - Verfahren und Vorrichtung zur Brenngaserzeugung durch Vergasung feinverteilter Brennstoffe - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Brenngaserzeugung durch Vergasung von feinkörnigen, staubförmigen oder flüssigen Brennstoffen, bei denen die Brennstoffe und Vergasungsmittel tangential zur Schachtwand oder zu einem gedachten Kreis kleineren Durchmessers eingeführt werden, so daß die im Schacht befindlichen Stoffe eine rotierende Bewegung um die Schachtachse ausführen, und die gebildete Schlacke in flüssiger Form abgezogen wird.

Bei diesem Verfahren wird der Brennstoff in einer Schlackenwirbelsenke oder in einem zyklonartigen Staubwirbel bei hoher Temperatur vergast. Dabei läuft der Vergasungsvorgang dort nicht vollständig ab, so daß ein Teil der fühlbaren Wärme des unfertigen Gases noch für die Vergasungsreaktion nutzbar gemacht wird. Das Gas reagiert daher noch auf dem Wege durch den Schacht mit dem mitgeführten Brennstoffrest, Es hat sich nun gezeigt, daß durch die schraubenlinienförmige Bewegung der Gassäule im Schacht die im Gas suspendierten Brennstoffe an die Wand geschleudert werden, wo eine Reduktion des Gases stattfindet. Im Kern der Gassäule jedoch erfolgt keine Nachreaktion des Gases, da er praktisch frei von Brennstoff ist. Das Gas verläßt daher den Schacht mit einem hohen Kohlensäuregehalt und niedrigem Heizwert. Man hat versucht, durch hohe Schächte den Reaktionsweg zu verlängern, erzielte damit jedoch nur einen Teilerfolg, da wohl durch Reibung die schraubenlinienförmige Bewegung der Gassäule auf dem langen Wege durch den Schacht allmählich gebremst wurde und ein Teil des Gases aus dem Inneren des Schachtes nachreagieren konnte, eine vollständige Reduktion des Gases aber nicht zu erreichen war. Nachteilig für die Nachreaktion des Gases mit dem Brennstoff ist auch die durch die Höhe des Schachtes bedingte starke Abkühlung des Gases. Die durch die Schachtwand abgeführte fühlbare Wärme des Gases geht dem Reduktionsprozeß verloren.

Erfindungsgemäß werden die erwähnten Nachteile bei der Vergasung feinverteilter Brennstoffe in Schächten, in welche die Brennstoffe und Vergasungsmittel getrennt oder gemeinsam so eingeführt werden, daß sie und ihre Reaktionsprodukte um die Achse des Schachtes rotieren, dadurch vermieden, daß die schraubenlinienförmige Bewegung der gebildeten unfertigen Gase und der noch vorhandenen Brennstoffreste um die Schachtachse in eine im wesentlichen zur Schachtachse parallele Richtung umgelenkt wird und die mitgeführten Brennstoffe im Gas über den Querschnitt des Schachtes verteilt werden. Der Stoffumsatz erfolgt dann nicht nur in einer schmalen Zone an der Wand des Schachtes, sondern über den ganzen Querschnitt auf kurzem Wege durch den Schacht. Durch die Umlenkung des schraubenlinienförmigen Gas-Verfahren und Vorrichtung

zur Brenngaserzeugung durch Vergasung

feinverteilter Brennstoffe

Anmelder:

Dipl.-Ing. Roman Rummel, Brühl (Bez. Köln), Dab erger Weg 29

Dipl.-Ing. Roman Rummel, Brühl (Bez. Köln), ist als Erfinder genannt worden

Stroms in eine zur Achse des Schachtes parallele Richtung wird ein Wiederausschleudern des Brennstoffes vermieden. Der Reaktionsraum ist voll ausgenutzt, wodurch eine übermäßige Erhöhung des Schachtes überflüssig wird.

Die erfindungsgemäß vorzunehmende Umwandlung der zunächst schraubenlinienförmigen Bewegung in eine parallele turbulente Strömung kann z. B. dadurch erfolgen, daß der Gaserzeugerschacht mit entsprechenden Einbauten versehen wird. Die Ausführungsform dieser Einbauten kann mannigfaltig sein, wie später an verschiedenen Beispielen gezeigt wird. Zweckmäßig wird sie so ausgebildet, daß dabei zugleich eine vorübergehende Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit und damit eine Vergrößerung der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Gas und dem mitgeführten Brennstoff erreicht wird. Infolge der Trägheit der gegenüber den Gasmolekülen viel größeren Brennstoffteilchen erhöht sich sowohl bei der Geschwindigkeitszunahme als auch bei der Umlenkung und nachfolgenden Geschwindigkeitsabnahme der Gase die Relativgeschwindigkeit zwischen den Brennstoff teilchen und den Gasen. Sie bewirkt einen raschen Stoffaustausch, weil sie die Abführung der Reaktionsprodukte und die Heranführung reaktionsfähiger Gasbestandteile an die Brennstoffteilchen fördert.

Gemäß der Erfindung kann auch die Umlenkung der schraubenlinienförmigen Bewegung des Gases und der Brennstoffe in eine zur Schachtachse parallele Richtung und die Verteilung der Brennstoffe über den Schachtquerschnitt durch Einführung eines der schraubenlinienförmigen Bewegung entgegengerichteten Stromes oder mehrerer derartiger Ströme von exotherm oder exotherm und endotherm mit dem

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Brennstoff reagierenden Vergasungsmitteln bewirkt während die Gase und der Restbrennstoff schraubenwerden, wodurch nach einer turbulenten Durch- linienförmig aufwärts strömen. In dem Maße, wie mischung die Umlenkung der Gase, Brennstoffe und sich aus der Asche des Brennstoffes neue Schlacke Vergasungsmittel erfolgt. Die Durchmischung des bildet, läuft sie durch den Schlackenüberlauf 6 ab. Brennstoffs durch gegenläufige Einführung von Ver- 5 Die rotierend aufsteigenden Gase und Brennstoffe gasungsmitteln in tangentialer Richtung in den Brenn- strömen unter Erhöhung ihrer Geschwindigkeit durch schacht als solche ist bekannt, jedoch wurde bei der den verjüngten Teil 7 des Schachtes,
bisher üblichen Arbeitsweise keine Umlenkung des Die Zwischenwand 8 im Hals 7 lenkt den rotierengesamten im Schacht sich bewegenden Stromes von den Strom in die Richtung parallel zur Schachtachse, einer kreisenden in eine axial senkrechte Richtung an- io Oberhalb des Halses erweitert sich der Schacht gestrebt oder erzielt. Um dies zu erreichen, führt man wieder. Gas und Brennstoff verteilen sich nunmehr vorzugsweise z. B. bei der Brenngaserzeugung die über den Querschnitt des Schachtteils 9, wobei ihre Vergasungsmittel so in den Schacht ein, daß ihre Geschwindigkeit wieder abnimmt, und strömen gleich-Strömungsenergie etwa gleich ist der Energie der im mäßig parallel zur Schachtachse aufwärts nach dem Schacht rotierenden Gase und Brennstoffe. Die daraus 15 in der Zeichnung nicht dargestellten Gasausgang. Auf resultierende Bewegung aller Stoffe im Schacht ist diesem Wege läuft die Reaktion zwischen Gas und dann parallel zur Schachtachse gerichtet. In den Brennstoff aus. Der unvergaste, aschenreiche Brennschacht werden unten Brennstoff und ein Teil der Stoffrest kann aus dem Gas entfernt und wieder der vorwiegend exotherm reagierenden Vergasungsmittel Vergasung zugeführt werden.

tangential eingeführt. Darüber wird der Rest der vor- 20 In Fig. 3 und 4 ist im Vertikalschnitt und im Hori-

vviegend endotherm reagierenden Vergasungsmittel zontalschnitt nach Linie C-D ein Gaserzeuger darge-

entgegengesetzt dem schraubenlinienförmigen Gas- stellt, bei dem — wie in Fig. 1 und 2 ■—■ dieGeschwin-

nnd Brennstoffstrom eingeblasen. Durch Regelung von digkeit der Gase mit den mitgeführten Brennstoffen

Menge und Geschwindigkeit der eintretenden Ver- im Schacht vorübergehend erhöht und deren rotierende

gasungsmittel wird unter inniger Durchmischung 25 Bewegung hierbei umgelenkt wird in die Richtung

aller Stoffe im Schacht die rotierende Bewegung der parallel zur Schachtebene. Der untere Teil 10 des

Gassäule vernichtet. Oberhalb verläuft die Strömung Schachtes ist als Wirbelkammer ausgebildet, in die

der Gase und Brennstoffe im wesentlichen parallel zur Brennstoff und Vergasungsmittel durch die Leitungen

Schachtachse. Die Vergasungsmittel können vor- 11 tangential eingeführt werden,

erhitzt in den Schacht eingeführt werden. 30 Die gebildete Schlacke läuft durch eine öffnung 12

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sind die im Boden des Schachtes ab. Die rotierend aufsteigen-

Voraussetzungen für einen vollständigen Reaktions- den Gase und unvergasten Brennstoffe strömen durch

ablauf zwischen Gas und Brennstoff erfüllt. Das eine ringförmige Verengung 13 des Schachtes und

Brenngas erreicht seinen optimalen Heizwert. Ferner werden durch die in dieser Verengung angeordneten

steht infolge der Konzentration des Reaktionsablaufes 35 Wände 14 in Richtung parallel zur Schachtachse um-

auf kleinstem Raum und hierdurch erzielter geringster gelenkt. Der Querschnitt des oberen Teils 15 des

Wärmeabgabe nach außen ein Optimum an Wärme Schachtes ist beliebig erweitert; durch ihn strömen

zur Verfügung, was ebenfalls eine Verbesserung des die Gase und Brennstoffe nunmehr gleichmäßig ver-

Gasheizwertes zur Folge hat. teilt mit verminderter Geschwindigkeit nach dem Aus-

Jede erwähnte Art der Durchführung des Ver- 4° gang des Schachtes, wobei die Vergasungsreaktion

fahrens gemäß der Erfindung kann für sich allein ausläuft.

oder in Kombination angewendet werden, je nach Die Fig. 5 zeigt den Teil des Schachtes eines

günstigstem Reaktionsablauf oder bester Wärmeaus- Schachtofens im Vertikalschnitt und Fig. 6 im Hori-

nutzung. Entscheidend für die Wahl ist z. B. die zontalschnitt nach Linie E-F, in dem die vorüber-

Reaktionsfähigkeit des Brennstoffes, der Schlacken- 45 gehende Geschwindigkeitserhöhung und Umlenkung

schmelzpunkt, die Abhängigkeit der Zähigkeit der des Gas-Brennstoff-Stromes erfolgt. Der untere Teil

Schlacke von der Temperatur und die erstrebte Zu- 20 steht mit dem oberen Teil 21 des Schachtes durch

sammensetzung des Gases. Das Verfahren kann auch Öffnungen 22 in Verbindung, durch welche die Gase

unter erhöhtem Druck ausgeführt werden. und die Brennstoffe strömen.

An einer Auswahl von Ausführungsbeispielen, die 50 Fig. 7 und 8 veranschaulichen im Vertikalschnitt

aus den Fig. 1 bis 11 in schematischer Darstellung und Horizontalschnitt nach Linie G-H den Schachtteil

ersichtlich sind und keinen Anspruch auf Vollständig- eines Schachtofens, in dem die an der Wand des

keit erheben, soll der Gegenstand der Erfindung näher Schachtes im Gas mit hoher Konzentration suspen-

erläutert werden. dierten Brennstoffe über den Schachtquerschnitt ver-

Fig. 1 und 2 zeigen im Vertikalschnitt und im 55 teilt und die rotierende Bewegung des Gases und der Horizontalschnitt nach Linie A-B einen Gaserzeuger, Brennstoffe in die Richtung parallel zur Schachtachse in dem sich ein rotierendes Schlackenbad befindet. Im umgelenkt werden. Im Schacht 30 sind Wände 31 anunteren Teil 1 des Schachtes werden die Vergasungs- geordnet, die so gekrümmt sind, daß die Brennstoffe mittel durch die Leitungen 2 und 4 und die Brenn- von der Wand in das Schachtinnere geleitet werden, stoffe durch die Leitungen 3 und 5 tangential und 60 sich dort verteilen und die Strömung der Gase und schräg nach unten in das Schlackenbad eingeführt. Brennstoffe allmählich in Richtung parallel zur Durch die Strömungsenergie dieser Stoffe werden Schachtachse umgelenkt wird.

sowohl das Schlackenbad als auch alle über der Fig. 9, 10 und 11 zeigen einen Gaserzeuger im

Schlacke befindlichen Stoffe (Vergasungsmittel, Brenn- Vertikalschnitt und in den Horizontalschnitten nach

stoff, deren Reaktionsprodukte und Schlackentröpf- 65 den Linien K-L und M-N, bei dem die im unteren

chen) in schnelle Rotation um die Schachtachse ver- Raum des Schachtes rotierende Bewegung der Gase

setzt und die festen und flüssigen Anteile oberhalb und Brennstoffe durch eine zweite Einführung von

des Schlackenbades an die Schachtwand geschleudert. Vergasungsmitteln in entgegengesetzter Richtung

Die Schlacke und der von ihr aufgenommene Brenn- unter inniger Mischung und Verteilung aller Stoffe

stoff laufen an der Wand zum Schlackenbad zurück, 70 über den Schachtquerschnitt in die Richtung parallel

Claims (9)

zur Schachtachse umgelenkt wird. Im Schacht 40 des Gaserzeugers befindet sich ein rotierendes Schlackenbad, dessen Stand durch den zentralen Schlackenüberlauf 41 aufrechterhalten wird. Brennstoffe und Vergasungsmittel werden getrennt oder gemeinsam durch Leitungen 42 tangential in den Schacht eingeführt. Durch den entstehenden Wirbel werden die Brennstoff- und Schlackentröpfchen aus dem unfertigen Gas ausgeschleudert und dem weiteren Stoffumsatz im Inneren entzogen. Die Schlacke und ein Teil des Brennstoffes lauf en an der Wand entlang zum Schlackenbad zurück, wo sie sich erneut an der Vergasungsreaktion beteiligen. Der Restbrennstoff und die Gase werden nun durch die zweite Einführung von Vergasungsmitteln in der dem Drehsinn des Wirbels entgegengesetzten Richtung durch die Leitungen 43 mit diesen innig vermischt und wieder gleichmäßig über den Schachtquerschnitt verteilt bei gleichzeitiger Richtungsänderung parallel zur Schachtachse. 20 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Brenngaserzeugung durch Vergasung feinverteilter Brennstoffe in Schächten, in welche die Brennstoffe und Vergasungsmittel getrennt oder gemeinsam so eingeführt werden, daß sie und ihre Reaktionsprodukte um die Achse des Schachtes rotieren und wobei die Asche des Brennstoffes flüssig abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die schraubenlinienförmige Bewegung der gebildeten unfertigen Gase und der noch nicht umgesetzten Brennstoffreste um die Schachtachse in eine im wesentlichen zur Schachtachse parallele Richtung umgelenkt wird und die mitgeführten Brennstoffe im Gas über den Querschnitt des Schachtes verteilt werden.

2. Verfahren nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Gas an der Schachtwand mit höchster Konzentration suspendierten Brennstoffe nach dem Innenraum des Schachtes geführt werden und dann ihr Weg in die Richtung parallel zur Schachtachse umgelenkt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Gase mit den mitgeführten Brennstoffen im Schacht vorübergehend erhöht wird bei gleichzeitiger Umlenkung der Strömungsrichtung parallel zur Schachtachse.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem im Schacht schraubenlinienförmigen Strom aus Gasen und Brennstoffen ein oder mehrere Ströme aus endothermen und/oder exotherm mit dem Brennstoff reagierenden Vergasungsmitteln entgegengerichtet in den Schacht eingeführt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsenergie der eingeführten Vergasungsmittel der der im Schacht rotierenden Gase und Brennstoffe etwa gleich ist.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Führungswände (31) im Schacht (30), die schaufeiförmig auf der Gaseintrittsseite, vom Innenraum des Schachtes zur Schachtwand zunehmend, dem Strömungssinn des Gases entgegengesetzt gekrümmt sind und allmählich in Strömungsrichtung der Gase parallel zur Schachtachse verlaufen (Fig. 7 und 8).

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Verengung (7, 13) des Schachtes und in diesem angeordnete ebene (8, 14) oder auf der Eintrittsseite gegen den Drehsinn des Gases gekrümmte und in S trömungs richtung parallel zur Schachtachse verlaufende Wände (Fig. 1 bis 4).

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Verengung des Schachtes in Form von über den Schachtquerschnitt verteilten öffnungen (22) für den Durchtritt der Gase und Brennstoffe (Fig. 5 und 6).

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch tangential in den Schacht oder tangential zu einem Kreis kleineren Durchmessers einmündende Zuführungsleitungen (43) für die Zweiteinführung von Vergasungsmitteln, deren Richtung dem Drehsinn der aufsteigenden Gase und Brennstoffe entgegengesetzt ist (Fig. 9 bis 11).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 607 162.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©909 639/147 10.59