DE102009020033B4

DE102009020033B4 - Vorrichtung zur Erzeugung eines brennbaren Gasgemisches

Info

Publication number: DE102009020033B4
Application number: DE102009020033.9A
Authority: DE
Inventors: Bernd Joos; Claus Raach
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-05-19
Filing date: 2009-05-05
Publication date: 2022-03-17
Anticipated expiration: 2029-05-06
Also published as: DE202008006737U1; DE102009020033A1

Abstract

Vorrichtung zur Erzeugung eines brennbaren Gasgemisches aus einem kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoff, wobei ein Reaktor (1) wenigstens eine Oxidationszone (10) zur Oxidation des Ausgangsstoffes sowie eine Reduktionszone (11) zur Reduktion wenigstens eines Zwischenprodukts der Oxidation umfasst, wobei im Bereich der Oxidationszone (10) zumindest eine erste oder mehrere Ausströmöffnung(en) (66, 61) aufweisende Luftdüse (n) (16) zum Einbringen von Oxidationsmittel angeordnet sind, wobei die Luftdüse (n) (16) wenigstens einen im Wesentlichen horizontal ausgerichteten Luftzufuhrabschnitt (66) zum Zuführen des Oxidationsmittels zu der/den ersten oder mehreren Ausströmöffnungen (60, 61) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftdüse (16) oder wenigstens eine der Luftdüsen neben dem horizontal ausgerichteten Luftzufuhrabschnitt (66) zudem wenigstens einen im Wesentlichen vertikal ausgerichteten, die erste oder mehrere Ausströmöffnung(en) (60, 61) aufweisenden Düsenöffnungsabschnitt (80) aufweist, wobei der/die Düsenöffnungsabschnitt(e) (80) 80 in Form eines vertikalen Rohres ausgebildet ist/sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines brennbaren Gasgemisches aus einem kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoff, insbesondere aus stückigem Holz, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Bereits seit Jahrzehnten sind Holzvergaser für die motorische Verbrennung im Einsatz. Beispielsweise wurde 1923 die absteigende Vergaseranlage im Gleichstrom entwickelt, die sogenannte „Imbert-Holzgas-Anlage“. Entsprechende Anlagen wurden vor allem zusammen mit Gasmotoren bereits in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts beispielsweise in Traktoren, Autos, Motorräder oder Kraftwerken zur Kraft-, Strom- und/oder Wärmeerzeugung eingebaut. Daneben sind z. B. auch aufsteigende Vergaseranlagen im Gegenstrom und Querstrom-Vergaser gebräuchlich.
Die „Imbert-Holzgas-Anlage“ oder vergleichbare Vorrichtungen arbeiten im Gleichstrom, wobei insbesondere stückiges Holz dem Reaktor des Gaserzeugers zugeführt wird. Spezielle, gattungsgemäße Gaserzeuger sind beispielsweise in den Druckschriften DE 198 30 069 A1 , DE 196 43 109 A1 oder EP 0 137 461 A2 offenbart.
Das Holz wird hierbei im Allgemeinen in einer ersten Stufe thermisch in unterschiedliche Bestandteile zersetzt. Dies erfolgt vor allem im Reaktor in einem Bereich von entsprechend angeordneten Luftdüsen oder dergleichen mittels unterstöchiometrischer Verbrennung bzw. Oxidation, wobei Wärme freigesetzt wird und Temperaturen von einigen Hundert Grad, z. B. ca. 800°C, erreicht werden. Durch aufsteigende Wärme wird das Holz im oberen Bereich des Reaktors teilweise vorgetrocknet.
In der Oxidationszone entsteht u. a. verkokstes Holz bzw. Kohle, Wasser sowie weitere Verbrennungsprodukte, die sowohl bereits brennbare Gasbestandteile als auch nichtbrennbare gasförmige Zwischenprodukte aufweisen, wie z. B. Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO₂).
Das verkokste Holz bzw. die erzeugte Kohle bewegt sich im Allgemeinen von der Oxidationszone nach unten in eine Reduktionszone weiter und reduziert hierbei einen Teil der Verbrennungsprodukte zu weiteren brennbaren Gasbestandteilen. Zum Beispiel wird Kohlendioxid mittels der Kohle u. a. zu zusätzlichem Kohlenmonoxid reduziert, wodurch ein relativ hoher Anteil unter anderem an Kohlenmonoxid in dem erzeugten brennbaren Gasgemisch erreicht werden kann. Das brennbare Gasgemisch weist als brennbare Bestandteile vor allem Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Methan auf.
Das Volumen des Holzes wird bei der Verkoksung stark verringert, so dass zur Ausbildung einer vergleichsweise kompakten Reduktionszone eine Einschnürung des Reaktors im Übergangsbereich der Oxidationszone zur Reduktionszone vorzusehen ist. Diese Einschnürung erfolgt häufig mittels Schamottsteinen oder dergleichen. Die kompakte Reduktionszone ermöglicht vorteilhafterweise eine Reduktion des Gasstromes sowie wenigstens teilweise eine Filtrierung fester Bestandteile der Verbrennungsprodukte aus der Oxidationszone.
Aus der Reduktionszone wird das erzeugte brennbare Gasgemisch vor allem zu einem Gasmotor, Gasspeicher oder dergleichen abgeleitet bzw. abgesaugt. Mit Hilfe eines bewegbaren Rostes wird Kohlestaub oder gegebenenfalls überschüssige Asche, etc. von der Kohle bzw. dem ausströmenden Gasgemisch abgetrennt.
Hierbei strömt das Gasgemisch im Wesentlichen in vertikaler Richtung durch den Rost bzw. dessen Öffnungen und/oder durch wenigstens eine Öffnung, die durch den Rost und die Seitenwand des Reaktors gebildet wird. Das sogenannte „Rütteln“ des Rostes führt im Wesentlichen zu einem Bewegen des unteren Bereichs der Reduktionszone, wodurch ein Verstopfen des Durchflusses der Reduktionszone und/oder der vorhandenen Öffnungen verhindert werden soll.
Bei Holzvergasern nach dem Stand der Technik kann unter bestimmten Betriebszuständen, insbesondere bei der Verwendung von ligninhaltiger Biomasse wie Holz von Fichten, Tannen oder dergleichen und/oder bei einer Zufuhr von sogenannter „Falschluft“, die Vergasung beeinträchtigt werden.
Nachteilig hierbei ist, dass sich vor allem die Qualität des erzeugten Gasgemisches verringert und darüber hinaus Teer bzw. Teergas gebildet wird. Der relativ heiße, gasförmige Teer kondensiert gegebenenfalls an mechanisch beweglichen Teilen, insbesondere einer Zufuhreinheit zur Zuführung des Holzes in den Reaktor, wodurch diese mit Teer belegt werden und eine starke Beeinträchtigung der Funktionsweise bzw. ein Festsitzen der entsprechenden Teile entsteht.
Die Zufuhr des Holzes erfolgt im Allgemeinen oberhalb der Oxidationszone. Gemäß dem Stand der Technik ist die Zufuhreinheit, mit oder ohne Schleusenvorrichtung, oberhalb des Reaktors angeordnet, so dass die Zuführung durch Öffnen einer Klappe, eines Schiebers, eines Schaufelrades oder dergleichen erfolgt. Hierbei wird jedoch nachteilige „Falschluft“ in den Reaktor eingebracht, die die Vergasung des Holzes stark beeinträchtigt.
Die sogenannte „Falschluft“ wird im Allgemeinen bei der Beschickung des Holzvergasers eingebracht. Aus diesen Gründen ist bei Holzvergasern gemäß dem Stand der Technik eine kontinuierliche bzw. automatische Beschickung nur eingeschränkt möglich bzw. ist eine häufige und aufwendige Entfernung von Teer an insbesondere festsitzenden Teilen der Zufuhreinheit notwendig. Gegebenenfalls müssen die entsprechenden Teile ausgetauscht werden.
Darüber hinaus ist die Verwendung von wirtschaftlich günstigem und besonders umweltschonendem Restholz bzw. Abfallholz, wie z. B. Hackgut, Rinde, Sägemehl, Sägenebenprodukte oder dergleichen, aus dem holzverarbeitenden Bereich und/oder der Forstwirtschaft durch die mögliche Teerbildung stark eingeschränkt.
Zudem wird durch die vergleichsweise geringe Qualität des Gasgemisches der dem Holzvergaser nachgeschaltete Gasmotor beeinträchtigt bzw. durch relativ hohe Teergehalte im Gasgemisch zerstört. Der Gasmotor kann beispielsweise für ein Fahrzeug, zur Erzeugung von Wärme, u. a. mittels eines entsprechenden Generators zur Erzeugung von Strom und/oder Wärme und/oder dergleichen verwendet werden. Hierfür sollte der Teergehalt im Holzgas weniger als ca. 50 Milligramm je Kubikmeter enthalten, da ansonsten Rückstände die Ventile des Gasmotors belegen bzw. verkleben. Die Folge ist, dass diese dann blockieren und zum Stillstand des Motors führen. Aus diesen Gründen wird häufig eine Gaswäsche mit Zyklonabscheidern, Filtern oder dergleichen dem Gasmotor vorgeschaltet.
Darüber hinaus offenbart die DE 102 24 531 A1 des Anmelders den bereits als sogenannten „Joos-Vergaser“ bekannten Holzvergaser mit seitlicher Beschickung des Reaktors und mit einem Zwischenspeicher der Zufuhreinheit. Der Zwischenspeicher kann neben dem Reaktor, der ebenfalls Ausgangsstoff speichert, als zweite Speichereinheit des Holzvergasers verwendet werden. Mit dieser Maßnahme wird ermöglicht, dass die Zufuhr des Ausgangsstoffes mit der Zufuhr des Ausgangsstoffes zum Reaktor entkoppelt werden kann. Beispielsweise kann eine weitgehend kontinuierliche Zufuhr des Ausgangsstoffes zum Reaktor und eine gegebenenfalls diskontinuierliche, d. h. lediglich zeitweise, insbesondere relativ kurzzeitige Zufuhr des Ausgangsstoffes zur Vorrichtung realisiert werden.
Die weitgehend kontinuierliche Zufuhr des Ausgangsstoffes zum Reaktor ermöglicht eine Vergasung des Ausgangsstoffes bzw. Holzes, so dass qualitativ hochwertiges Gasgemisch erzeugt werden kann. Die diskontinuierliche, insbesondere vergleichsweise kurzzeitige Zufuhr des Ausgangsstoffes zur erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht eine weitestgehende Verringerung der „Falschluft“-Menge durch die Beschickung der Vorrichtung. Die Speichervorrichtung ist in vorteilhafter Weise in Richtung zum Reaktor im Allgemeinen gasdurchlässig und zur Beschickung weitestgehend gasundurchlässig verschließbar ausgebildet. Zum Anmeldezeitpunkt sind bereits zwei entsprechend ausgebildete „Joos-Vergaser“ in Betrieb, die als einzige, in Fachkreisen bekannte Holzvergaser, kontinuierlich Holzgas erzeugen.
Auch ist aus der DE 20 2007 002 014 U1 bereits eine Vorrichtung des Anmelders bekannt, die Luftdüsen aufweist, die mehrere Ausströmöffnungen aufweist. Diese stehen radial in den Reaktor hinein. Es hat sich allerdings gezeigt, dass im Dauerbetrieb ein Verstopfen bzw. Dichtmachen des Reaktors in seltenen Fällen möglich ist.
Zudem ist aus der DE 10 2005 028 377 A1 eine Vorrichtung des Anmelders offenbart worden, die eine teilweise bewegbare Rosteinheit am Grund des Reaktors bzw. unterhalb der Reduktionszone aufweist. Die Reduktionszone liegt somit auf der Rosteinheit bzw. auf dem Bodenbereich des Reaktors auf. Somit ist eine entsprechende Auflagefläche für die Reduktionszone vorhanden. Es hat sich jedoch auch hier gezeigt, dass es vereinzelt zu Störungen durch eine verdichtete Reduktionszone und/oder Oxidationszone kommen kann.
Im Gegensatz hierzu sind auch Rosteinheiten bei derartigen Vorrichtungen bekannt, die als Sieb bzw. Filter mit mehreren bzw. zahlreichen Durchströmöffnungen ausgebildet sind. Diese Roste können teilweise bewegbar oder vollständig unbewegbar realisiert werden. Auch hier stellen verdichtete Reduktionszonen und/oder Oxidationszonen die Ursache für Störungen dar.
Eine Realisierung eines Gegenstrom-Vergasers ist beispielsweise in US 3 454 382 A offenbart. Die in dieser Druckschrift vorgestellte Anlage dient der Gewinnung von Produktionsgas aus Kohle. Gegenstrom-Vergaser sind jedoch im Allgemeinem einem anderen Gattungstyp zuzuordnen. So gelangt hier das Oxidationsmittel über einen Rost am Boden der Brennkammer in den Reaktor, Luftdüsen oder dergleichen sind nicht vorgesehen.
Eine weitere gattungsgemäße Vorrichtung im Gleichstrom-Verfahren wird hingegen in der Anmeldung DE 199 16 931 A1 offengelegt. Diese Anlage erlaubt eine weitgehend exakte Luftführung. Hierzu wird ein vertikal angeordnetes Luftzuführrohr vorgesehen, welches sich zentrisch, ausgehend vom Deckel des Befüllschachtes über den Oxidationsabschnitt bis in etwa an den Reduktionsabschnitt erstreckt. Zum Einbringen des Oxidationsmittels ist das Luftzuführrohr außerdem mit einer in den Oxidationsabschnitt blasende Ringdüse versehen. Die über den gesamten Umfang des Luftzuführrohres verteilten Ausströmöffnungen ermöglichen eine rotationssymmetrisch homogene Oxidationszone in Form eines Kreisringraums, wobei die radiale Ausdehnung dieses Kreisringraumes außenseitig durch die Wandung des Oxidationsabschnitts und innseitig durch den Mantel des Luftzuführrohres begrenzt ist. Um die hohe thermische Belastung der Wandung des Luftzuführrohres zu senken, ist darüber hinaus eine spezielle Luftführung innerhalb des Luftzuführrohres offenbart, die zur Kühlung dient.
Nachteilig hieran ist, dass das zentral angeordnete Luftzuführrohr die Kompaktheit der Oxidationszone reduziert, weshalb mit einer Oxidationszone in der Form eines Kreisringraums nicht die gleiche Temperatur erreicht wird wie bei der Verwendung eines vergleichbaren Kreisquerschnitts. Für eine weitgehend teerfreie Vergasung des Ausgangsstoffes ist aber gerade eine möglichst hohe Temperatur anzustreben. Zusätzlich verstärkt wird diese Problematik aufgrund der von der Druckschrift vorgesehen Kühlung des Luftzuführrohres, die noch eine weitere Absenkung der Temperatur in der Oxidationszone zur Folge hat.
Darüber hinaus verursacht das von oben in den Reaktorkessel eingeführte Luftzuführrohr Probleme beim Nachrutschen des Ausgangsstoffes. Als Ursache ist hier die zusätzliche Fläche in der Mitte des Reaktorkessels zu nennen, die zu häufigerem Verhaken des Biomassematerials und damit zum Verstopfen bzw. Dichtmachen des Reaktors führt. In der Folge kommt es zu einem als „Hohlbrannt“ bezeichneten Problem, welches zu erhöhter Teerbildung und damit zur Beschädigung des nachgehängten BHKWs führen kann.
Wie in der Druckschrift vorgeschlagen, erfordert eine Konstruktion mit zentral angeordnetem Luftzuführrohr zudem ein Rührwerk, ohne welches eine gleichmäßige Verteilung des Ausgangsstoffes im Reaktor nicht erreicht werden würde. Die ist aber wichtig, damit sich die Vergasungszonen gleichmäßig ausbilden und ein störungsfreier Dauerbetrieb, ohne erhöhtem Teergehalt im Produktgas, gewährleistet werden kann. Nachteilig hierbei ist der konstruktive Aufwand zur drehbaren Gestaltung des Luftzuführrohres, der durch die hohe thermische Belastung im Reaktor noch erschwert wird.
Ein weiterer Nachteil der sich bei einer Vorrichtung entsprechend der Patentschrift DE 199 16 931 A1 ergibt, ist der, dass eine einzelne zentrale angeordnete Ringdüse keine gleichmäßige Verteilung des Oxidationsmittels in der horizontalen Ebene ermöglicht.
Nachteilig beim bisherigen Stand der Technik ist somit, dass einzelne Störungen des kontinuierlichen Betriebs durch nicht optimale Oxidation oder Reduktion zu verzeichnen sind.
Aufgabe und Vorteile der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Vorrichtung zur Erzeugung eines brennbaren Gasgemisches aus einem kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoff, insbesondere aus stückigem Holz, wobei ein Reaktor wenigstens eine Oxidationszone zur Oxidation des Ausgangsstoffes sowie eine Reduktionszone zur Reduktion wenigstens eines Zwischenprodukts der Oxidation umfasst, vorzuschlagen, die den Stand der Technik verbessert und/oder eine weitestgehend automatische und störungsfreie Betriebsweise ermöglicht.
Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Vorrichtung der einleitend genannten Art, insbesondere durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 1 gelöst. Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.
Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch aus, dass die Luftdüse oder wenigstens eine der Luftdüsen neben dem horizontal ausgerichteten Luftzufuhrabschnitt zudem wenigstens einen im Wesentlichen vertikal ausgerichteten, die erste oder mehrere Ausströmöffnung(en) aufweisenden Düsenöffnungsabschnitt aufweist.
Es hat sich gezeigt, dass mit dieser Maßnahme ein Verhaken bzw. eine Beeinträchtigung des Einfüllens des Reaktors mit Material selbst im Dauerbetrieb verhindert wird. Darüber hinaus konnte auch eine bessere Gasqualität erzielt werden.
Das in den Reaktor eingefüllte bzw. zur Oxidationszone transportierte Material verhakt nicht wie beim Stand der Technik an den horizontal ausgerichteten Luftdüsen, sondern wird in vorteilhafter Weise mittels des im Wesentlichen vertikal ausgerichteten Düsenöffnungsabschnitt an der/den Luftdüsen vorbei gelenkt. Die Bewegung des stückige Materials wird durch den vergleichsweise kleinen Querschnitt des im Wesentlichen vertikal ausgerichteten Düsenöffnungsabschnitts, der in vorteilhafter Weise entgegen der Bewegungsrichtung des Materials gerichtet ist, nicht beeinträchtigt, sondern am Düsenöffnungsabschnitt bzw. an der Luftdüse vorbeigeleitet. Ein Verhaken des stückigen Materials wird gemäß der Erfindung verhindert. Somit kann auch hiermit ein störungssicherer und weitestgehend automatisierter Dauerbetrieb verwirklicht werden.
Vorzugsweise ist die Ausströmrichtung des Oxidationsmittels der ersten und/oder der zweiten Ausströmöffnung quer zur Längsrichtung des Düsenöffnungsabschnitts und/oder im Wesentlichen horizontal ausgerichtet. Hierdurch wird eine Ausbildung der Oxidationszone in etwa der horizontalen Ebene erreicht. Dies ist für die Gasbildung von Vorteil.
Vorteilhafterweise weist die Luftdüse oder wenigstens eine der Luftdüsen neben dem horizontal ausgerichteten Luftzufuhrabschnitt zudem wenigstens zwei oder mehr im Wesentlichen vertikal ausgerichtete, die erste oder mehrere Ausströmöffnung(en) aufweisende Düsenöffnungsabschnitte auf. Hiermit wird erreicht, das in radialer Richtung zwei oder mehrere Düsenöffnungsabschnitte und/oder Ausströmöffnungen angeordnet werden. Dies ist von großem Vorteil, da hiermit eine vorteilhafte Anpassung der Oxidationszone an die Querschnittsfläche des Reaktors bzw. an die Ausformung des Reaktors realisierbar ist, um vor allem eine insbesondere relativ gleichmäßige Verteilung der Ausströmöffnungen bzw. Ausbildung der Oxidationszone über die Querschnittsfläche zu erhalten.
In einer bevorzugten Variante der Erfindung sind die zwei oder mehr vorgesehenen Düsenöffnungsabschnitte der Luftdüse(n) im Wesentlichen in radialer Richtung des Reaktors fluchtend angeordnet. Hierbei kann der horizontale Abschnitt der Luftdüse vor allem zur Zufuhr des Oxidationsmittels vom Umfang des Reaktors als auch zur Halterung bzw. Fixierung der Düsenöffnungsabschnitte verwendet werden. Entsprechend konstruktiv einfach ist die vorgenannte Anordnung der Düsenöffnungsabschnitte durch den horizontalen Luftdüsenabschnitt realisierbar.
Vorzugsweise ist die Längsrichtung der Luftdüse(n) im Wesentlichen in radialer Richtung ausgerichtet. Beispielsweise können mehrere Düsenöffnungsabschnitte und/oder Ausströmöffnungen strahlenförmig in radialer Richtung angeordnet werden. So kann eine vergleichsweise große Einbringtiefe (in horizontaler Richtung) des Oxidationsmittels in den Reaktor erreicht werden. Hierbei kann zudem durch vorteilhafte Anpassung der Anzahl und/oder Anordnung der Düsenöffnungsabschnitte eine besonders gleichmäßige Einbringung des Oxidationsmittels über die gesamte Querschnittsfläche des Reaktors bzw. der Oxidationszone verwirklicht werden.
In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung weisen im Wesentlichen alle Luftdüsen neben dem horizontal ausgerichteten Luftzufuhrabschnitt zudem wenigstens einen im Wesentlichen vertikal ausgerichteten, die erste oder mehrere Ausströmöffnung(en) aufweisenden Düsenöffnungsabschnitt auf und/oder weisen im Wesentlichen alle Luftdüsen neben dem horizontal ausgerichteten Luftzufuhrabschnitt zudem wenigstens zwei oder mehr im Wesentlichen vertikal ausgerichtete, die erste oder mehrere Ausströmöffnung(en) aufweisende Düsenöffnungsabschnitte auf. Hiermit kann eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Oxidationszone realisiert werden.
Vorzugsweise sind die Anzahl der Luftdüsen und/oder die Anzahl der im Wesentlichen vertikal ausgerichteten, die erste oder mehrere Ausströmöffnung(en) aufweisende Düsenöffnungsabschnitte an den Durchmesser und/oder an die Querschnittsfläche der Oxidationszone angepasst und/oder sind Luftdüsen mit unterschiedlicher Anzahl an Ausströmöffnungen und/oder an im Wesentlichen vertikal ausgerichteten, die erste oder mehrere Ausströmöffnung(en) aufweisenden Düsenöffnungsabschnitten vorgesehen. Hiermit kann eine weitestgehend optimale Ausbildung der Oxidationszone verwirklicht werden.
Beispielsweise umfasst jede Luftdüse mehrere, vorzugsweise umfangseitig am Düsenöffnungsabschnitt angeordnete Ausströmöffnungen zum Einbringen von Oxidationsmittel. Mit Hilfe dieser Maßnahme kann die Oxidation, insbesondere auch bei relativ großen Reaktoren, verbessert werden. Entsprechend besser bzw. gleichmäßiger wird das Oxidationsmittel, insbesondere Luft, in der Oxidationszone verteilbar.
Vorzugsweise sind mindestens fünf Ausströmöffnungen pro Luftdüse und/oder Düsenöffnungsabschnitt vorhanden. Diese Maßnahme ermöglicht eine besonders vorteilhafte Verteilung des Oxidationsmittels, insbesondere auch in Längsrichtung der Luftdüse und/oder des Düsenöffnungsabschnitts. Beispielsweise kann im vorderen bzw. inneren und/oder im hinteren bzw. äußeren Bereich der Luftdüse und/oder des Düsenöffnungsabschnitts jeweils eine Öffnung vorgesehen werden. Hiermit kann neben einer radialen, auch eine vertikale Staffelung bzw. Hintereinanderanreihung verwirklicht werden. Entsprechend vorteilhaft bzw. gesteuert ist die Oxidationszone dreidimensional ausbildbar.
Gemäß der Erfindung wird eine Zonierung der Oxidationszone vor allem in radialer Richtung verhindert. Hiermit wird erreicht, dass die Oxidationszone nahezu perfekt über den gesamten Querschnitt des Reaktors ausbildbar ist. Es werden gemäß der Erfindung z. B. auch Bereiche zwischen zwei Luftdüsen vorteilhaft mit Oxidationsmittel versorgbar.
Der / die Düsenöffnungsabschnitte(e) sind in Form eines vertikalen Rohres oder dergleichen ausgebildet.
Vorzugsweise wird als Luftdüse ein Rohr oder dergleichen verwendet. Die Zufuhröffnung zum Zuführen des Oxidationsmittels zur Luftdüse wird in vorteilhafter Weise durch eines der Enden des Rohres gebildet. Gemäß der Erfindung können die weiteren Öffnungen durch eine oder mehrere Querbohrungen umfangseitig am Rohr hergestellt werden.
Gemäß der Erfindung weist die Luftdüse einen im Wesentlichen vertikal ausgerichteten bzw. entgegen der Strömungsrichtung des Ausgangsstoffs bzw. des zu oxidierenden Brennstoffs und wenigstens die Ausströmöffnung umfassenden Endabschnitt bzw. den Düsenöffnungsabschnitt auf. Wie bereits zum Teil erwähnt hat es sich gezeigt, dass eine derartige Ausrichtung des Endabschnitts der Luftdüse nach oben bzw. entgegen der Strömungsrichtung des Ausgangsstoffs vor allem zu einer vorteilhaften Verteilung bzw. Durchmischung und/oder Verhinderung des Verhakens bzw. Verstopfens im Reaktor führt. Vorzugsweise ist der Endabschnitt zur Mitte bzw. zur zentralen Längsachse des Reaktors orientierten Bereich der Luftdüse angeordnet. Dementsprechend wird die Betriebssicherheit der Vorrichtung gemäß der Erfindung weiter verbessert.
Vorzugweise wird bei der zuvor genannten Variante der Erfindung keine stirnseitige Ausströmöffnung vorgesehen, in die gegebenenfalls Ausgangsstoff eindringen könnte.
Vorteilhafterweise sind die Ausströmöffnungen bei der zuvor genannten Variante am Umfang und vorzugsweise auf einer Ebene bzw. auf einer oder mehrerer im Wesentlichen horizontalen Ebenen angeordnet. Dies führt zu einer besonders vorteilhaften Oxidation im Reaktor.
Beispielsweise kann in vorteilhafter Weise das Oxidationsmittel mittels der/den Luftdüse(n) z. B. von einer Verteilungseinheit bzw. -ring in den mittleren Bereich des Reaktors bzw. der Oxidationszone geleitet werden. Bevorzugt sind mehrere Luftdüsen im Wesentlichen radial angeordnet. Dies optimiert die Ausbildung der Oxidationszone. Zudem ist eine besonders einfache Konstruktion bzw. Zuführung des Oxidationsmittels bzw. der Luft von einem am Reaktor umfangseitig angeordneten Verteilerring realisierbar.
Durch die Variation/Anpassung der Anzahl der Luftdüsen mit dem Durchmesser und/oder der Querschnittsfläche der Oxidationszone kann eine nahezu beliebige Größe und/oder Querschnittsfläche des Reaktors und/oder der Oxidationszone realisiert werden. Dies ist vor allem für Anlagen mit größerer Leistung von besonderer Bedeutung. Beispielsweise müssen nicht mehrere kleinere Reaktoren miteinander Brenngas produzieren, sondern es kann ggf. nur ein einziger, großer Reaktor verwendet werden.
Grundsätzlich kann, insbesondere bei Verwendung von stückigem Nadel- und/oder Laub-Holz wie Hackschnitzel oder dergleichen, mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Reaktor realisiert werden, der einen annäherungsweise konstanten Füllstand, eine weitgehend gleichbleibende Menge an Kohle in der Reduktionszone, eine glühende, relativ heiße, z. B. ca. 800°C heiße, Kohle in der Reduktionszone, nahezu keine Abfälle, außer gegebenenfalls relativ geringe Mengen Kohlenstaub, im Allgemeinen kein sogenanntes Hohlbrennen bzw. Durchbrennen und vor allem der weitestgehend kein Teer bzw. Teergas aufweist. Der Kohlenstaub wird der Oxidationszone in vorteilhafter Weise wieder zugeführt, so dass ein weitestgehend Abfall freier Betrieb der Vorrichtung gemäß der Erfindung möglich ist.
Eine besonders vorteilhafte Vorrichtung gemäß der Erfindung weist wenigstens ein Füllstandsensor zur Messung des Füllungsgrades bzw. des Füllstandes des Reaktors im Wesentlichen horizontal neben der Oxidationszone und/oder horizontal neben einer Trocknungszone des Reaktors zum wenigstens teilweise Trocknen des Ausgangsstoffes auf. Es hat ich gezeigt, dass mit einem erfindungsgemäß angeordneten Füllstandsensor eine genauere und störungssichere Kontrolle bzw. Betrieb des Reaktors erreichbar ist.
Vorzugsweise ist der Erfassungsbereich des Füllstandsensors in vertikaler Richtung betrachtet oberhalb einer Luftdüse bzw. Luftzufuhrvorrichtung zur Zufuhr von Luft angeordnet. Hiermit wird die Menge des Ausgangsstoffes im Reaktor besonders einfach und genau einstellbar. Beispielsweise ist der Füllstandssensor als Sender mit Empfänger für vorteilhafte Wellen, insbesondere Ultraschall und/oder elektromagnetische Wellen wie z. B. Radar oder dergleichen, optische Wellen wie z. B. sichtbares und/oder infrarotes Licht ausgebildet. Vorzugsweise ist der Füllstandsensor wenigstens teilweise als mechanisch abtastender Füllstandsensor, insbesondere als Flügelradsensor ausgebildet.
Generell ist die erfindungsgemäße Vorrichtung weitgehend mit wenigstens einer thermischen Isoliereinrichtung ummantelt, so dass thermische Verluste weitestgehend verhindert werden können. Dies ermöglicht ein vorteilhaftes Wärmemanagement der gesamten erfindungsgemäßen Vorrichtung, wodurch die Vergasung des Ausgangsstoffes vorteilhaft umgesetzt werden kann. Im Allgemeinen weist der Reaktor eine Betriebstemperatur von ca. 800°C auf. Dies gewährleistet sowohl eine vorteilhafte Oxidation als auch Reduktion in den entsprechenden Zonen des Reaktors.
Grundsätzlich weist die Reduktionszone des Reaktors eine Betriebstemperatur auf, die neben einer Reduktion von Kohlendioxid und/oder dergleichen vor allem auch eine Umsetzung von in der Oxidationszone erzeugtem Staub oder ähnlichem ermöglicht. Mit dieser Maßnahme wird insbesondere die Qualität des zu erzeugenden Gasgemisches für die Anwendung bzw. Verbrennung in einem Gasmotor zusätzlich verbessert.
Generell kann für bestimmte Maßnahmen wie Wartung, Reparatur, Umbau oder dergleichen ein wiederverschließbarer Reaktor bzw. ein Deckelelement vorgesehen werden, das insbesondere weitgehend gasdicht abzudichten ist, so dass hierdurch keine nachteilige „Falschluft“ in den Reaktor gelangen kann.
Vorzugsweise wird der Teer im Reaktor zur Umformung wieder der oder den Reaktionszonen zugeführt, so dass die im Teer enthaltene Energie von der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwertbar ist. Hierdurch wird der Gesamtwirkungsgrad der erfindungsgemäßen Vorrichtung wesentlich erhöht.
Mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist bei relativ hoher Betriebssicherheit in vorteilhafter Weise eine weitgehend kontinuierliche und/oder automatische Betriebsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung realisierbar. Hierdurch wird ein bevorzugter, wirtschaftlicher Einsatz der Vorrichtung gemäß der Erfindung in Kraftwerken zur Erzeugung von elektrischer Energie bzw. in Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen, Fahrzeugen oder dergleichen auch unter hohen betriebstechnischen und umweltrelevanten Anforderungen bei entsprechenden Anlagen möglich.
Gemäß der Erfindung wird, ohne Beeinträchtigung der Funktionsweise der Zufuhreinheit und/oder ohne relativ häufige bzw. aufwendige Wartung der Zufuhreinheit, eine Verwendung beliebiger kohlenstoffhaltiger Ausgangsstoffe, insbesondere nachwachsende Biomasse, bzw. beliebiger Hölzer ermöglicht. Beispielsweise können Nadel- und/oder Laubhölzer als Hackgut, Sägemehl und/oder Pellet, sonstige nachwachsende Rohstoffe wie Stroh sowie Klärschlamm oder dergleichen bzw. entsprechende Mischungen verwendet werden. Die Verwendung von vielfach anfallenden Abfall- bzw. Resthölzern gewährleistet eine besonders wirtschaftlich günstige und umweltschonende Betriebsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Vorzugsweise ist eine Steuer- bzw. Regeleinheit zur nahezu vollautomatischen Steuerung bzw. Regelung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen. Diese ermöglicht insbesondere eine kontrollierte und dosierte Zufuhr des Ausgangsstoffes, unter anderem im Zusammenwirken mit dem Füllstandsensor des Reaktors. Beispielsweise kann eine weitgehend konstante Füllhöhe im Reaktor eingeregelt werden. Gegebenenfalls ist die Luftzufuhr zum Reaktor regelbar bzw. in Abhängigkeit zur Füllstandshöhe des Reaktors und/oder Zufuhrmenge des Ausgangsstoffes bzw. der erzeugten Menge des brennbaren Gasgemisches, u. s. w. einzustellen. Diese Maßnahmen sind für die Vergasung bzw. die Umformungen im Reaktor von Vorteil, so dass qualitativ hochwertiges brennbares Gasgemisch erzeugt werden kann.
Gegebenenfalls können eine oder mehrere Reinigungsstufen bzw. -vorrichtungen zwischen dem Gasmotor und der Vorrichtung gemäß der Erfindung angeordnet werden, beispielsweise Gravitationsabscheider, Massenträgheitsreiniger wie z. B. Fliehkraftabscheider bzw. Zyklon- oder Prallblechreiniger, Nasswäscher, Ölbad-, Kies- bzw. Sandbett-, Elektro-, Adsorptionsfilter wie z. B. Tuch- bzw. Gewebe-, Kork-, Aktivkohle- oder Keramikfilter, katalytisch aktive Reinigungselemente, u. s. w. Vorzugsweise wird die Reinigungsvorrichtung regenerierbar ausgebildet.
Generell können beispielsweise verschiedenste Sensoren in der Vorrichtung gemäß der Erfindung, insbesondere im Reaktor, verwendet werden. Vor allem Sensoren zur Messung von Temperaturen, Feuchtegehalte, Gewichte, Arten des Ausgangsstoffes, einzelnen oder mehreren Gasbestandteilen, Drücken, optischen Parametern wie Durchlässigkeit, Befüllungsgrade bzw. Füllstände oder dergleichen. Diese Sensoren wirken insbesondere mit einer entsprechenden Auswerte- und/oder Steuereinheit zur weitgehend automatischen Betriebsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung zusammen.
Vorteilhafterweise weist eine Luftzufuhrvorrichtung zum Zuführen von Luft zur Oxidationszone wenigstens eine Heizeinheit zur Erwärmung der zuzuführenden Luft auf. Hierdurch wird eine vorteilhafte Vorwärmung der dem Reaktor zuzuführenden Luft realisierbar. Dies verbessert die Vergasung des Ausgangsstoffes bzw. des Holzes und erhöht zusätzlich die Qualität des brennbaren Gasgemisches.
Generell ist neben der Luftfeuchtigkeit insbesondere der Sauerstoff in der Luft für die Vergasung entscheidend, so dass in einer speziellen Variante der Erfindung auch nahezu reiner Sauerstoff dem Reaktor zugeführt werden kann. Gegebenenfalls ist auch eine Befeuchtungseinheit zur Regelung bzw. Be- und/oder Entfeuchtung der zuzuführenden Luft vorzusehen.
Vorzugsweise ist die Heizeinheit als Wärmetauscherelement zum Wärmeaustauschen der zuzuführenden Luft mit dem Reaktor ausgebildet. In vorteilhafter Weise ist die Luftzufuhrvorrichtung im Wesentlichen längs des Reaktorumfangs angeordnet. Mit Hilfe dieser Maßnahmen ist ein weitgehendes Energiemanagement der Vorrichtung gemäß der Erfindung realisierbar. Insbesondere bei der Vergasung von Holz ist die Temperatur im Reaktor von entscheidender Bedeutung, so dass mittels eines weitgehenden Energiemanagements eine besonders vorteilhafte Vergasung ermöglicht wird.
In einer bevorzugten Variante der Erfindung ist die Luftzufuhrvorrichtung wenigstens im oberen Bereich der Oxidationszone angeordnet. Hiermit wird gewährleistet, dass der relativ heiße obere Bereich des Reaktors, d. h. im Bereich der Oxidationszone, zur relativ heißen Vorwärmung der Luft oder dergleichen verwendet werden kann. Hierdurch wird die Umsetzung des Ausgangsstoffes zusätzlich verbessert, was zu einer besonders hohen Qualität des brennbaren Gasgemisches führt.
Vorzugsweise zeichnet sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere dadurch aus, dass innerhalb der Reduktionszone und/oder der Oxidationszone zumindest ein wenigstens teilweise einen Abstand zu der Auflagefläche aufweisendes, längs eines Verstellweges verstellbares Verstellelement zum Bewegen und/oder Durchmischen der Reduktionszone und/oder der Oxidationszone angeordnet ist.
Hierbei kann durch Variation bzw. Anpassung des Abstands des Verstellelements zur Auflagefläche der Reduktionszone bzw. zum Grund/Boden des Reaktors definiert werden, an welcher Stelle bzw. Höhe und/oder Abschnitte das Verstellelement innerhalb des Reaktors verstellt bzw. bewegt wird. Dementsprechend kann eingestellt werden, welche Bereiche des Reaktors, d. h. Oxidationszone und/oder Reduktionszone bzw. nur Teile/Abschnitte von diesen, bewegt bzw. durchmischt werden. Durch vorteilhafte Wahl der Geometrie bzw. Größe des Verstellelement kann eine Anpassung des Verstellelementes an die Größe und/oder Ausformung des Reaktors bzw. dessen Zonen erreicht werden.
Mit der erfindungsgemäßen Maßnahme wird erreicht, dass nicht nur oder gegebenenfalls nur bedingt bzw. sogar gar nicht die Reduktionszone bewegt bzw. durchmischt wird, sondern dass (auch) die Oxidationszone bewegen bzw. durchmischt wird. Eine derartig während dem Betrieb des Reaktors bewegte bzw. durchmischte Reduktionszone und/oder Oxidationszone verhindert ein Zusetzen bzw. Verstopfen des Reaktors. Eingebrachte oder im Reaktor entstandene Staubteile bzw. Kleinteile sowie Grobteile werden relativ zueinander bewegt bzw. durchmischt, so dass Poren der Grobteile, Zwischenräume oder dergleichen auf Dauer nicht verstopfen bzw. zusetzen können. Entsprechend wird das Abströmen des erzeugten Gases auch bzw. gerade im Dauerbetrieb nicht bzw. nur unwesentlich behindert. Dies führt zu einem störungsfreien Betrieb des Reaktors, was gerade für den Dauereinsatz bzw. für moderne Strom- /Wärmeerzeuger von entscheidender Bedeutung ist.
Bei einer (leichten bzw. sanften) Bewegung bzw. Durchmischung der Oxidationszone ist durch verbesserte Verteilung des Oxidationsmittels zum zu oxidierenden Material auch eine optimierte Oxidation zu erwarten.
Generell kann die Bewegung bzw. Verstellung des Verstellelementes im Wesentlichen kontinuierlich oder diskontinuierlich bzw. nur zeitweise, ggf. in (regelmäßigen) zeitlichen Abständen erfolgen. Es ist ein vorteilhafter Sensor zur Erfassung der Verstopfung bzw. Beeinträchtigung der Reduktionszone und/oder Oxidationszone bzw. des Reaktors und/oder des erzeugten Gasstromes denkbar. Beispielsweise kann ein Durchfluss-(mengen)-Sensor die Verringerung des erzeugten Gasstromes erfassen und ggf. mittels einer vorteilhaften Kontrolleinheit oder dergleichen ein Verstellen des erfindungsgemäßen Verstellelementes veranlassen.
Auch sind (Doppler-)Radar-Sensoren, Infrarotsensoren oder dergleichen denkbar, die eine Veränderung bzw. ein Zusetzen etc. der Reduktionszone und/oder Oxidationszone bzw. des Reaktors erfassen und ggf. mittels einer vorteilhaften Kontrolleinheit oder dergleichen ein Verstellen des erfindungsgemäßen Verstellelementes veranlassen.
Der Verstellweg des Verstellelementes kann im Wesentlichen linear ausgebildet werden. Hierbei wird das Verstellelement gg. mittels wenigstens einem Führungselement wie Schiene, Führungs- bzw. Zugkette, -Seil oder dergleichen im Wesentlichen geradlinig verstellt. Das Verstellelement kann hierbei in vorteilhafter Weise in zwei entgegengesetzte Richtungen entlang des Verstellweges verstellt werden. Ein vorteilhafter Antrieb generiert diese Verstellung.
In einer bevorzugten Variante der Erfindung ist das Verstellelement um eine Verstellachse verdrehbar. D. h. der Verstellweg ist hierbei z. B. gekrümmt bzw. eine Bogenlinie bzw. Bahnkurve oder dergleichen. Gegebenenfalls ist der Verstellweg des Verstellelements ein Viertel- oder Halbkreis. Dies reduziert den Aufwand im Vergleich zu einem linearen Verstellweg.
Vorteilhafterweise ist der Verstellweg des Verstellelements als (Voll-)Kreis ausgebildet. Ein derartiger in sich geschlossener Verstellweg benötigt keine Richtungsumkehr und kann zudem in einfachster Weise um eine Drehachse verdreht werden. Dementsprechend einfach bzw. gering ist der Aufwand bzgl. der Realisierung des Antriebs für das Verstellelement.
Vorteilhafterweise ist ein Verstellantrieb als eine Motorwelle aufweisender (Elektro-) Motor ausgebildet. Hierbei kann auf handelsübliche Motoren zurückgegriffen werden, was zu einer wirtschaftlichen Umsetzung der Erfindung führt.
Vorzugsweise sind an der Verstellachse zwei, sich gegenüber liegende Verstellelemente vorgesehen. Hierdurch erfolgt eine im Vergleich zu einer „einarmigen“ Variante gleichmäßigere bzw. weitgehend gleichmäßige Belastung der Verstellachse/-welle. Dies wirkt sich positiv in Bezug deren Lebensbauer aus.
In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung sind die beiden Verstellelemente im Wesentlichen fluchtend bzw. im Winkel von ca. 180° zueinander angeordnet. Dies ist einerseits einfach z. B. mittels einer einzigen durchgehenden Komponente realisierbar. Anderseits wird die Reduktionszone und/oder Oxidationszone gleichmäßig bewegt bzw. durchmischt. Dies wirkt sich vorteilhaft für die Reduktion und/oder Oxidation aus.
Vorteilhafterweise ist die Längsachse bzw. wenigstens ein Abschnitt des/der Verstellelemente wenigstens teilweise in vertikaler Richtung bzw. winklig in Bezug zur horizontalen Ebene ausgerichtet. Das bedeutet, dass sich das Verstellelement eine effektive bzw. festgelegte Arbeitshöhe bzw. ein Durchstreifbereich im Reaktor aufweist, der in vorteilhafter Weise an die geometrischen Dimensionen des Reaktors bzw. der Reduktionszone und/oder Oxidationszone anpassbar ist. Beispielsweise wird im Vergleich zu einem besonders flachen Verstellelement durch diese vertikale Ausdehnung des Verstellelementes in einfachster Weise sichergestellt, dass sowohl Reduktionszone als auch Oxidationszone bewegt bzw. durchmischt wird.
Sicherlich ist generell ein Anheben des Materials im Bereich des Verstellelementes verwirklicht. Gegebenenfalls ist das Verstellelement im Wesentlichen orthogonal zum Verstellweg ausgerichtet. Hierbei „schiebt“ das Verstellelement das Material der Reduktionszone und/oder Oxidationszone im Wesentlichen längs des Verstellweges.
Vorteilhafterweise ist wenigstens ein Abschnitt des/der Verstellelemente spitzwinklig zur Richtung des Verstellwegs ausgerichtet. Mit dieser Variante wird eine Querbewegung des Materials der Reduktionszone und/oder Oxidationszone realisierbar. Zum Beispiel ist bei der Ausführungsform mit um eine Drehachse drehbarem Verstellelement mit dieser Maßnahme eine Querbewegung in Richtung bzw. zur Drehachse und/oder Reaktorlängsachse realisierbar.
Alternativ oder in Kombination hierzu ist wenigstens ein (ggf. anderer) Abschnitt des/der Verstellelemente stumpfwinklig zur Richtung des Verstellwegs ausgerichtet. Auch mit dieser Variante wird eine Querbewegung des Materials der Reduktionszone und/oder Oxidationszone realisierbar. Allerdings ist zum Beispiel bei der Ausführungsform mit um eine Drehachse drehbarem Verstellelement mit dieser Maßnahme eine Querbewegung weg von der Drehachse und/oder Reaktorlängsachse realisierbar.
Mit den zuvor genannten Varianten kann eine besonders vorteilhafte Durchmischung bzw. Entmischung der Reduktionszone und/oder Oxidationszone realisiert werden. Sollte z.B. durch die Luftdüsen im Reaktor eine Querzonierung entstehen, so kann mit den oben genannten Querbewegungen des Materials eine vorteilhafte Entmischung bzw. Aufhebung/Beseitigung der Querzonierung verwirklicht werden.
Generell kann eine insbesondere unterhalb der Reduktionszone angeordnete Rosteinheit bei erfindungsgemäßen Vorrichtungen vorgesehen werden, die als Sieb bzw. Filter mit einer oder mehreren bzw. zahlreichen Durchströmöffnungen ausgebildet sind. Diese Roste können teilweise mittels eines Rostantriebs bewegbar oder vollständig unbewegbar realisiert werden. Vorzugsweise ist eine wenigstens ein Rostelement aufweisende, wenigstens teilweise bewegbare Rosteinheit zum Bewegen wenigstens eines Teils der Reduktionszone vorgesehen. Vorteilhafterweise weist die Rosteinheit wenigstens einen Rostantrieb zum Verstellen des Rostelementes längs eins Rostverstellweges auf. In einer vorteilhaften Variante der Erfindung dreht sich das Rostelement um eine Rotationsachse.
Bevorzugt ist eine wenigstens teilweise bewegbare Rosteinheit zum Bewegen wenigstens eines Teils der Reduktionszone vorgesehen, wobei die Rosteinheit wenigstens ein oberes Rostelement und ein unteres Rostelement aufweist, wobei zwischen den Rostelementen wenigstens eine Abströmöffnung zum Abströmen des Gasgemisches zu einer Ausströmöffnung des Reaktors angeordnet ist und wobei die Strömungsrichtung des Gasgemisches durch die Abströmöffnung wenigstens teilweise in horizontaler Richtung ausgerichtet ist. Mit Hilfe dieser Maßnahme kann erreicht werden, dass in Draufsicht der Bodenbereich des Reaktors bzw. die Reduktionszone eine vollständig geschlossene Fläche bilden kann. Die Abströmöffnung der Rosteinheit ist in vorteilhafter Weise im Wesentlichen vertikal ausgerichtet. Beispielsweise wird der Druck des Reaktormaterials vom Bodenelement und/oder von der Rosteinheit aufgenommen und von der Abströmöffnung genommen. Ein Verstopfen bzw. Zusetzen der Abströmöffnung wird hiermit weitestgehend verhindert. Dies erhöht die Betriebssicherheit der Vorrichtung gemäß der Erfindung.
Vorteilhafterweise weist das untere Rostelement wenigstens im Bereich der Abströmöffnung einen im Wesentlichen horizontalen Abschnitt auf. Hiermit kann die Ausbildung des horizontal ausgerichteten Strömungsbereichs des Gasgemisches im Bereich der Abströmöffnung verbessert und/oder verbreitert werden. Darüber hinaus kann insbesondere durch den horizontalen Abschnitt das Ablagern bzw. das Zurückhalten des Materials der Reduktionszone auf/von der Rosteinheit verbessert werden.
Vorzugsweise überlappen sich wenigstens die beiden Rostelemente im Bereich der Abströmöffnung wenigstens teilweise in vertikaler Richtung. Hierdurch wird die vertikale Ausrichtung der horizontalen Strömungsrichtung des Gasgemisches durch die Abströmöffnung verbessert.
In einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist das obere Rostelement und/oder das untere Rostelement bewegbar ausgebildet. Hiermit wird einerseits eine vorteilhafte Relativbewegung zwischen dem Material des Reaktors und der Rosteinheit erreicht und/oder zum anderen in vorteilhafter Weise eine Relativbewegung zwischen den Rostelementen realisiert. Dies führt zu einer besonders vorteilhaften Bewegung bzw. zu einer Auflockerung und/oder Verbesserung der Porosität des Materials des Reaktors wenigstens im Bereich der Rosteinheit. Hiermit wird die Abströmung des Gasgemisches zur Ausströmöffnung des Reaktors weiter verbessert.
Alternativ oder in Kombination zur zuvor genannten Maßnahme ist zwischen den Rostelementen wenigstens ein bewegbares Zwischenelement vorgesehen. Hiermit kann eine vergleichbare Wirkung erreicht werden bzw. die Abströmung des Gasgemisches zur Ausströmöffnung des Reaktors wird ebenfalls bzw. zusätzlich verbessert.
Vorteilhafterweise sind die beiden Rostelemente fest fixiert und das Zwischenelement bewegbar. Dies ist insbesondere eine konstruktiv einfach zu realisierende Variante der Erfindung mit entsprechend vorteilhafter Wirkung.
Gegebenenfalls kann das obere Rostelement über das untere Rostelement wenigstens teilweise hinausragen. Das kann bedeuten, dass ein Außendurchmesser des oberen Rostelementes größer oder gleich als der Außendurchmesser des unteren Rostelementes ist. Hiermit kann das sich vertikal nach unten bewegende Material des Reaktors besonders effektiv mittels der Rosteinheit zurückgehalten werden.
Vorteilhafterweise ist der Außendurchmesser des oberen Rostelementes kleiner als der Außendurchmesser des unteren Rostelementes. Hiermit kann die Abwärtsbewegung des Materials des Reaktors vorteilhaft geführt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Rosteinheit im Bereich der Rostelemente im Wesentlichen einen kegelförmigen oder kegelstumpfförmigen Querschnitt auf. Dies gewährleistet eine vorteilhafte Führung des sich abwärts bewegenden Materials des Reaktors und eine konstruktive Realisierung der Rosteinheit.
Vorzugsweise ist zwischen dem oberen Rostelement und dem unteren Rostelement wenigstens ein drittes Rostelement angeordnet. Hierdurch kann eine besondere Variante der Erfindung realisiert werden. In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist zwischen zwei Rostelementen jeweils wenigstens eine Abströmöffnung bzw. Ausströmöffnung zum Abströmen des Gasgemisches aus des Reaktors vorgesehen. Hiermit werden mehrere Abströmöffnungen realisiert, so dass sich die Abströmmöglichkeiten für das Gas einerseits erhöhen und andererseits kann hierdurch die Gesamtfläche der Abströmung in vorteilhafter Weise vergrößert werden. Weiterhin wird die Betriebssicherheit verbessert, da beispielsweise eine Abströmöffnung z.B. zeitweise wenigstens teilweise zugesetzt ist und die andere Abströmöffnung jedoch weiterhin voll funktionsfähig ist. Nach dem nächsten Rütteln werden die Abströmöffnungen in vorteilhafter Weise wieder frei gerüttelt.
In einer bevorzugten Variante der Erfindung ist das dritte Rostelement mit dem oberen Rostelement und/oder dem unteren Rostelement fest verbunden. Hierdurch wird der konstruktive Aufwand für die Rosteinheit gemäß der Erfindung reduzierbar.
Vorzugsweise überlappen sich die Rostelemente jeweils im Bereich der Abströmöffnung wenigstens teilweise in horizontaler Richtung. Hiermit wird gewährleistet, dass das sich im Wesentlichen vertikal nach unten bewegende Material des Reaktors bzw. der Reduktionszone möglichst vorteilhaft von der Rosteinheit bzw. den Rostelementen im Reaktor zurückgehalten wird.
Beispielsweise ist ein und/oder mehrere Rostelemente als vergleichsweise flache bzw. Planare Scheibe mit oder ohne Öffnungen in vertikaler Richtung. Beispielsweise ist wenigstens ein Rostelement als Sieb und/oder Gitter oder dergleichen mit zahlreichen vertikal ausgerichteten Öffnungen ausgebildet. Hiermit können auch Abströmöffnungen realisiert werden, wobei das Gasgemisch im Wesentlichen vertikal durch die Rosteinheit bzw. durch das insbesondere obere Rostelement durchströmt.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind wenigstens das untere und/oder das dritte Rostelement im Wesentlichen als Ringelement ausgebildet. Hiermit kann das Gasgemisch durch das mittige, insbesondere zentrische Loch der Rostelemente in vorteilhafter Weise weiter zur Ausströmöffnung des Reaktors strömen.
Vorteilhafterweise weist das/die Rostelemente wenigstens einen zum Randbereich in vertikaler Richtung abfallenden Abschnitt auf. Diese Maßnahme vermeidet im Wesentlichen die Ansammlung von Material im zentralen Bereich des Rostelementes durch das Rütteln. Zudem wird hierdurch eine Abtrennung des Kohlenstaubs, der Asche oder dergleichen von der Reduktionszone vor allem hin zum Mantelbereich des unteren Abschnittes des Reaktors ermöglicht, so dass die Asche oder dergleichen vergleichsweise einfach aus dem Reaktor manuell und/oder weitgehend automatisch erfolgen kann. Vorzugsweise wird die Asche oder dergleichen aus dem Reaktorbereich abgesaugt, insbesondere mit Hilfe des Gasgemisches bzw. Gasmotors.
Vorzugsweise weist das/die Rostelemente oberflächenvergrößernde Bereiche, Strukturen bzw. Elemente auf, so dass unter anderem das durch den Reaktor strömende Gas eine relativ lange Verweildauer bzw. Reaktionszeit in diesem aufweist und somit die Erzeugung des brennbaren Gasgemisches verbessert wird. Weiterhin wird mit dieser Maßnahme der Gaswiderstand verringert, wodurch sich insbesondere der Motorfüllungsgrad erhöht und somit der Gasmotor vorteilhaft zu betreiben ist.
Vorteilhafterweise ist zwischen zwei, insbesondere unbeweglichen Rostelementen wenigstens ein Räumerelement zum Räumen des Zwischenbereichs zwischen den Rostelementen vorgesehen. Hiermit kann/können die Abströmöffnung(en) von Material der Reduktionszone vollständig frei gehalten bzw. der Austrag von diesem aus dem Reaktor verhindert bzw. reduziert werden.
Vorzugsweise ist wenigstens ein Abschnitt des/der Räumerelemente spitzwinklig oder stumpfwinklig zur Richtung des Räumwegs ausgerichtet. Mit dieser Variante wird eine vorteilhafte Querbewegung bzw. Räumbewegung des Materials der Reduktionszone realisierbar. Zum Beispiel ist bei einer Ausführungsform mit einem um eine Rotationsachse bzw. um die Rotationsachse der Rosteinheit drehbarem Räumelement mit dieser Maßnahme eine Querbewegung von der Rotationsachse und/oder Reaktorlängsachse realisierbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Verstellantrieb des Verstellelementes zugleich der Rostantrieb des Rostelementes. Hiermit reduziert sich der Aufwand, was zu einer wirtschaftlichen Umsetzung der Erfindung führt.
Vorteilhafterweise ist die Verstellachse des Verstellelementes zugleich eine Drehachse des Rostelementes. Mit dieser Maßnahme wird ein besonders geringer konstruktiver und steuerungstechnischer Aufwand möglich.
Ausführungsbeispiel
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.
Im Einzelnen zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit einem ersten Reaktor gemäß der Erfindung und
2 ein schematischer Querschnitt durch einen zweiten Reaktor im Bereich der Luftdüsen.

In 1 ist ein Reaktor 1, eine Zufuhreinheit 2 und lediglich ein Ausschnitt eines Vorratssilos 3 dargestellt.
Als Ausgangsstoff sind in nicht näher dargestellter Weise beispielsweise Hackschnitzel aus Abfall- bzw. Restholz im Vorratssilo 3 gespeichert. Das Vorratssilo 3 umfasst ein um ein Vielfaches größeres Speichervolumen als das Volumen einer Speichervorrichtung 4 der Zufuhreinheit 2. Das vergleichsweise große Volumen des Silos 3 ermöglicht eine Bevorratung von Hackschnitzel für eine relativ große Betriebszeit der Vorrichtung gemäß der Erfindung, wie z. B. ein oder mehrere Wochen bzw. Monate.
Vorzugsweise wird das Holz im Silo 3 mittels Wärme, insbesondere Abwärme vom Reaktor 1, vorgetrocknet. Das Silo 3 ist gegebenenfalls als oben offenes Silo 3, Lagerplatz mit einer Beschickungsvorrichtung zur Beschickung der Vorrichtung gemäß der Erfindung oder dergleichen ausgebildet. Die Speichervorrichtung 4 weist beispielsweise ein Volumen auf, das ausreicht, den Reaktor 1 ungefähr mehrere Stunden oder ca. einen Tag ohne Öffnen einer nahezu gasdicht verschlossenen Klappe 6 bzw. ohne Beschickung aus dem Silo 3 zu betreiben. Das gasdichte Verschließen der Speichervorrichtung 4 kann alternativ auch mittels eines Schiebers oder dergleichen realisiert werden.
Die Hackschnitzel werden z. B. mittels einer Schneckenbeschickung 5 der Vorrichtung gemäß der Erfindung zugeführt. Zur Beschickung wird die weitgehend gasdicht verschließende Klappe 6 geöffnet. Die Beschickungsphase kann mehrere Minuten dauern, insbesondere bis die Speichervorrichtung 4 weitgehend gefüllt ist und die Klappe 6 wieder nahezu gasdicht zu verschließen ist.
Ein Füllstandssensor 22 ermittelt möglicherweise den Füllstand der Speichervorrichtung 4, z.B. einen Drehflügelvollmelder, Ultraschallsensor oder dergleichen. Vorzugsweise ist die Klappe 6 hydraulisch, pneumatisch, mechanisch und/oder elektrisch zu betätigen, wobei eine weitgehend automatisiert ansteuerbare und betätigbare Klappe 6 von Vorteil ist.
Die Hackschnitzel werden mittels eines Schneckenantriebs 7 von der Speichervorrichtung 4 in den Reaktor 1 transportiert bzw. zugeführt. Vorteilhafterweise ist hierfür ein elektrischer Motor 8 vorgesehen.
Am Schneckenantrieb 7 ist in nicht näher dargestellter Weise sowohl ein Wärmetauscher zur Abkühlung des erzeugten brennbaren Gasgemisches als auch ein Wärmetauscher zur Wärmerückgewinnung der in einem Abgasstrom des nicht aufgezeigten Gasmotors enthaltenden Wärme angeordnet. Vorzugsweise sind die beiden Wärmetauscher als um den Schneckenantrieb angeordnete halbschalenartige Elemente und/oder als Röhrenelemente um den Schneckenantrieb 7 angeordnet. Hierbei ist in vorteilhafter Weise unter anderem eine mehrstufige Erwärmung der Hackschnitzel im Bereich des Schneckenantriebes 7 mit unterschiedlichen Temperaturniveaus realisierbar.
Das vom Reaktor 1 erzeugte brennbare Gasgemisch wird aus dem Reaktor 1 mittels eines Gasanschlusses 9 zu einem nicht näher dargestellten Gasmotor abgeleitet, wobei das Gasgemisch im Allgemeinen zuvor mittels einem Zyklon, Prall-, Tuch-Filter oder dergleichen gereinigt und mittels einem Luftmischer mit Luft vermischt wird. Gegebenenfalls kann der Schneckenantrieb 7 zusätzlich eine elektrische Beheizung des Schneckenelementes aufweisen. Bereits im Bereich des Schneckenantriebs 7 werden die Hackschnitzel unter bestimmten Betriebsbedingungen teilweise vorgetrocknet und vorgewärmt.
Der Reaktor 1 umfasst insbesondere eine Oxidationszone 10 und eine Reduktionszone 11, wobei Schamottsteine 12 oder dergleichen als Einschnürung 12 im Übergangsbereich der beiden Zonen 10 und 11 vorgesehen ist. Im Allgemeinen sind weitgehend oberhalb der Schamottsteine 12 glühende bzw. oxidierende Hackschnitzel 10 bei unterstöchiometrischer Verbrennung und weitgehend unterhalb der Einschnürung glühende Kohle 11 gemäß der Erfindung während dem Betrieb des Reaktors 1 vorgesehen. Auf den glühenden Hackschnitzel ist eine ca. 10 bis 20 cm dicke, die glühenden Hackschnitzel weitgehend bedeckende, nicht glühende Hackschnitzelschicht ausgebildet, die insbesondere die Glutzone 10 thermisch isoliert und zugleich als Trockenzone bzw. Aufwärmzone für die Hackschnitzel vorgesehen ist.
Zur Ermittlung der Füllstandshöhe der Hackschnitzel weist der Reaktor 1 einen Füllstandsmelder 15 auf, wobei dieser gemäß Fiq. 1 an einer Seitenwand 18 des Reaktors 1 im Bereich bzw. etwas oberhalb der Oxidationszone 10 angeordnet bzw. fixiert ist. Der Füllstandsmelder 15 kann als mechanischer Sensor 15 z.B. Flügelradsensor 15 die Füllhöhe des Reaktors 1 detektieren und bei einer vorgegebenen Füllhöhe ein elektrisches Signal für eine Kontrolleinheit zum weitgehend automatischen Betreiben der gesamten Anlage generieren, so dass mittels des Schneckenantriebs 7 Hackschnitzel dem Reaktor 1 zugeführt werden. Hierbei ist sowohl ein phasenweises als auch nahezu kontinuierliches Zuführen von Hackschnitzel realisierbar.
Die Sauerstoffzuführung in den Reaktor bzw. zur Oxidationszone 10 erfolgt insbesondere mittels mehreren, z.B. ca. fünf Luftdüsen 16. Die Verwendung einzelner Luftdüsen 16 hat den Vorteil, dass die diese durchströmende Luft zu einer vorteilhaften Kühlung der Luftdüsen 16 zu verwenden ist, wodurch eine gegebenenfalls aufwendige Kühlung der Düsen 16 und/oder relativ gering wärmebeständige Werkstoffe für die Luftdüsen 16 vorgesehen werden können.
Die dem Reaktor 1 zuzuführende Luft durchströmt vorteilhaft den Luftring 17, der eine nahezu gleichmäßige bzw. gleichmäßig erwärmte Zuführung der Luft mittels aller radial angeordneter Luftdüsen 16 zur Oxidationszone 10 ermöglicht. Der Luftring 17 ist vorzugsweise im Bereich der relativ heißen Oxidationszone 10 und/oder in Umfangsrichtung weitgehend vollständig im Mantelbereich des Reaktors 1 angeordnet.
Entgegen der Darstellung in 1 können die Luftdüsen 16 vergleichsweise nahe an der Einschnürung 12 des Reaktors 1 angeordnet werden, so dass eine besonders vorteilhafte Betriebsweise des Reaktors 1 realisiert werden kann.
Gemäß der Erfindung weisen die Luftdüsen 16 mehrere Queröffnungen 60, 61 bzw. Querbohrungen auf. Hiermit wird die Ausbildung der Oxidationszone verbessert.
Gemäß der Erfindung weisen eine der oder alle Luftdüsen 16 einen bzw. in vorliegenden Beispiel zwei im Wesentlichen vertikal ausgerichteten bzw. entgegen der Strömungsrichtung des Ausgangsstoffs bzw. des zu oxidierenden Brennstoffs und wenigstens die erste und/oder zweite und/oder dritte Ausströmöffnungen 60, 61 umfassenden Endabschnitt 80 auf. Hierbei sind vorzugsweise nur umfangseitig angeordnete Ausströmöffnungen 60, 61 vorzusehen, damit diese nicht durch das Hackgut, Sägemehl oder dergleichen verstopfen bzw. beeinträchtigt werden. Die Ausströmöffnungen 60, 61 können hierbei auf einer einzigen oder auf mehreren im Wesentlichen horizontalen Ebenen angeordnet werden. Zudem weist die Luftdüse 16 einen horizontal ausgerichteten Zufuhrabschnitt 66 auf, um das Oxidationsmittel bzw. die Luft den Ausströmöffnungen 60, 61 zu zuleiten.
In Fiq. 2 ist ein Beispiel einer Anordnung von vier Luftdüsen 16 mit je einem horizontal ausgerichteten Abschnitt 66 und zwei vertikal ausgerichteten Abschnitten 80 gemäß der Erfindung in der Draufsicht schematisch dargestellt.
Weiterhin ist ein Einfalltrichter 70 vorgesehen, der ein Verklemmen bzw. Verhaken des Ausgangsstoffes bzw. von stückigem Holz weitestgehend verhindert. Der Einfalltrichter 70 umfasst an seinem unteren Ende einen zylinderförmigen Abschnitt, der etwas über den Luftdüsen 16 (zum Teil im Gegensatz zur abgebildeten Darstellung) beabstandet ist.
Vor allem aufgrund des Einfalltrichters 70 kann entgegen der dargestellten Variante der Erfindung auf eine Einschnürung 12 des Reaktors 1 mittels Schamottsteine 12 verzichtet werden. Dies vereinfacht die Konstruktion und die Herstellung des Reaktors 1 deutlich. Auch wird durch den Verzicht auf Schamottsteine 12 die Haltbarkeit bzw. die Lebensdauer des Reaktors 1 entscheidend verbessert bzw. verlängert. Zudem verbessert sich die Wartung und die Reparatur des Reaktors 1 durch die fast ausschließliche Verwendung von Stahl bzw. Edelstahl.
Mit Hilfe eines Rüttelrostes 19 kann der untere Bereich der Kohle der Reduktionszone 11 bewegt werden, so dass das erzeugte Gasgemisch den Reaktor 1 bzw. die Reduktionszone 11 vorteilhaft durchströmen und zum Gasanschluss 9 abströmen kann. Der Rüttelrost 19 kann hierfür mittels einer Rüttelvorrichtung 21 bewegt werden. Beispielsweise dreht die Rüttelvorrichtung 21 den Rüttelrost 19 im Abstand von etwa 25 Sekunden um jeweils eine Achtel Umdrehung weiter. Bei feinerem Material eher öfter und bei gröberem Material eher seltener.
Die Rüttelvorrichtung 21 bzw. der Antrieb kann z. B. als Motor bzw. Elektromotor ausgebildet werden, was ein Drehen um eine Drehachse 77 der Rosteinheit wirtschaftlich und steuerungstechnisch günstig ermöglicht. Zum Beispiel dreht sich der Elektromotor mit sehr geringer Geschwindigkeit kontinuierlich oder wie oben dargelegt diskontinuierlich in eine oder in entgegengesetzte Richtungen.
Weiterhin weist der Reaktor 1 eine Isolation 20 auf, die gemäß der Erfindung als Kohle, insbesondere feine und/oder stückige Kohle ausgebildet ist. Hiermit kann eine vorteilhafte thermische Isolation des Reaktorinneren erreicht werden, wobei eine weitestgehende Abdichtung des Reaktors 1 erreichbar ist.
Weiterhin kann die Isolation 20 in vorteilhafter Weise an die vergleichsweise komplexe Ausformung des Reaktorbereichs angepasst werden. Beispielsweise wird die Kohle von oben in den Doppelwandbereich des Reaktors 1 eingefüllt, wobei sich die stückige Kohle an die Ausformung des Doppelwandbereichs anpasst.
Es sind bei dieser Ausführung mehrere Schamottsteine 12 als Kreissegmente ausgebildet und mittels einer vorteilhaften Halterung 23 lösbar im Reaktor 1 angeordnet. Hierdurch können die Schamottsteine 12 bei Bedarf ausgetauscht bzw. ausgewechselt werden.
Beispielsweise ist der Reaktor 1 im Wesentlichen zweistückig ausgebildet und/oder umfasst eine zweiteilige Wand 18, so dass dieser insbesondere im Bereich der Einschnürung bzw. Schamottsteine 12 trennbar ist. Hierdurch wird die Wartung bzw. Reparatur des Reaktors 1 besonders vorteilhaft umsetzbar.
Darüber hinaus ist im engsten Bereich der Schamottsteine 12 ein Ring 24 aus Metall vorgesehen, so dass eine Abnützung bzw. ein Verschleiß der Schamottsteine 12 weitgehend verhindert wird. Durch den winkligen Querschnitt des Rings 24 liegt dieser in vorteilhafter Weise auf den Schamottsteinen 12 auf, so dass dieser lösbar an diesen angeordnet ist und bei Bedarf auf besonders einfache Weise entfernt bzw. ausgetauscht werden kann.
Der Rüttelrost 19 weist insbesondere eine obere Rostscheibe 30 und einen untere Rostring 31 auf. Bei der dargestellten Variante der Erfindung umfasst die obere Rostscheibe 30 zwei obere Rostringe 32 und 33. Die Rostringe 32, 33 sind fest an der oberen Rostscheibe 30 fixiert. Dieses Einheit ist mittels der Rüttelvorrichtung 21 gegenüber dem unteren Rostring 31 bewegbar bzw. drehbar ausgebildet.
Vorteilhafterweise sind die oberen Rostringe 32, 33 über Stege 34 mit der oberen Rostscheibe 30 verbunden, so dass zwischen diesen Durchgangsöffnungen 40 für das Gasgemisch bestehen. Zudem ist der obere Rostring 33 vom unteren Rostring 31 beabstandet, so dass auch hier eine Durchgangsöffnung 40 für das Gasgemisch ausgebildet ist. Gemäß der Erfindung ist die Strömungsrichtung 50 im Bereich der Rostelemente 30 bis 33 horizontal bzw. durchströmt das Gasgemisch im Bereich der Durchgangsöffnungen 40 den Rüttelrost 19 im Wesentlichen in horizontaler Richtung. Die Rostscheibe 30 und die Rostringe 31, 32, 33 überlappen sich im Bereich der Durchgangsöffnungen 40 in vorteilhafter Weise.
Mit Hilfe des Rüttelrostes 19 wird das stückige Material bzw. Kohle der Reduktionszone 11 in vorteilhafter Weise im Reaktor 1 zurückgehalten und das Gasgemisch mit gegebenenfalls Kohlestaub und Asche wird aus dem Reaktor 1 ausgetragen.
Ohne nähere Darstellung kann der Rüttelrost 19 bzw. die Rostelemente 30 bis 33 einen oder mehrere Räumerelemente aufweisen. Diese Räumerelemente erstrecken sich in radialer Richtung und entgegen der Drehrichtung, so dass diese als schräger Schieber gegebenenfalls in den Rüttelrost 19 eingedrungenes Material der Reduktionszone 11 entferne.
Vorzugsweise sind diese Räumerelemente zwischen den Rostelementen 30 bis 33 angeordnet. Beispielsweise vier Stück je Lage. In vorteilhafter Weise sind die Räumerelemente über den Antrieb 21 angetrieben, so dass sich der Aufwand für die Drehung der Räumer reduziert. Zum Beispiel sind die Räumerelemente an einer Drehachse 77 fixiert, so dass sie sich gegenüber den feststehenden Rostelementen relativ bewegen.
Mit einem Abstand A beabstandet von einer Auflagefläche 76 der Reduktionszone 11 bzw. oberhalb der Rosteinheit bzw. des Rüttelrostes 19 ist ein Flügel 75 angeordnet. Dieser besteht aus einem einzigen Stück, das an einer Drehachse 77 fixiert und um diese gedreht werden kann. Hierfür ist der Antrieb des Rüttelrostes 19 zugleich der Antrieb des Flügels 75.
Der Flügel 75 besteht aus zwei Flügelhälften, die beidseits der Drehachse 77 angeordnet sind. Damit der Flügel 75 aus einem Stück gefertigt bzw. aus einem Stahlprofil hergestellt werden kann, sind die beiden Flügelhälften fluchtend zueinander angeordnet.
Beim Drehen des Flügels 75 bzw. des Rüttelrostes 19 um die Drehachse 77 durchstreift bzw. verstellt sich im dargestellten Beispiel der Flügel 75 innerhalb der Reduktionszone 11.
Hierdurch wird die Reduktionszone 11 bewegt bzw. durchmischt. Hierbei wird das Material sowohl etwas in Drehrichtung als auch nach oben in vertikaler Richtung verstellt bzw. bewegt. Teilweise wird hiermit auch die Oxidationszone 10 entsprechend bewegt bzw. angehoben bzw. durchmischt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Flügel 75 relativ weit von der Oxidationszone beabstandet. Vorzugsweise ist der Flügel 75 näher an bzw. direkt unterhalb oder innerhalb der Oxidationszone 10 und/oder unmittelbar am obersten Rostelement 30 der Rosteinheit bzw. des Rüttelrostes 19 angeordnet bzw. fixiert. Vor allem im letztgenannten Fall ist es von besonderem Vorteil, die Flügel 75 wenigstens teilweise schräg nach oben verlaufend auszubilden. Hiermit wird die wirksame Höhe der Flügel 75 verbessert bzw. vergrößert.
Durch eine vorteilhafte kompaktere Ausbildung des Reaktors 1 bzw. der Zonen 10, 11 als dargestellt wird mit den Flügeln 75 unter anderem die Oxidationszone 10 in vorteilhafter Weise in Drehrichtung und teilweise in vertikaler Richtung nach oben bewegt und durchmischt, wodurch ein Zusetzen verhindert wird.
Gemäß der Erfindung wird mittels dem Flügel 75 ein Verstopfen bzw. Zusetzen des Reaktors 1 bzw. der Oxidationszone 10 und/oder der Reduktionszone 11 selbst im Dauerbetrieb wirkungsvoll unterbunden.
Ohne nähere Darstellung können die Flügel 75 Abschnitte aufweisen, die in Bezug zur Drehrichtung nach vorne oder nach hinten abgewinkelt und/oder gebogen sind. Je nach Richtung der Abwinkelung bzw. des Bogens wird Material beim Drehen um die Drehachse 77 nach innen zur Drehachse 77 oder nach außen zum Reaktormantel befördert. Dies kann von Vorteil sein, um eine horizontale Zonierung der Reduktionszone 11 und/oder der Oxidationszone 10 wirkungsvoll zu verhindern.
Vorzugsweise wird als Material für den Flügel 75 und/oder der Rosteinheit Stahl bzw. Edelstahl verwendet, der den vorherrschenden Temperaturen bzw. Bedingungen stand hält.
Der Reaktor 1 kann sowohl einen runden, elliptischen, rechteckigen, sternförmigen oder ähnlichen bzw. einen Rippen bzw. Verzweigungen oder dergleichen aufweisenden Querschnitt, insbesondere im Bereich der Luftdüsen 16 aufweisen. Hierdurch kann ein vergleichsweise leistungsstarker bzw. groß dimensionierbarer Reaktor 1 realisiert werden, ohne dass eine nachteilige Oxidation erfolgt.
Generell kann die Vorrichtung bzw. der Reaktor 1 gemäß der Erfindung weitgehend mit relativ gewöhnlichem Stahl oder dergleichen realisiert werden, wodurch neben einer vergleichsweise guten Wärmeleitfähigkeit des verwendeten Werkstoffs, die sich vorteilhaft auf die Vergasung auswirkt, auch eine wirtschaftlich günstige Fertigung möglich ist.
Grundsätzlich kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Brennstofferzeugung für einen Gasmotor, insbesondere eines Fahrzeugs, Kraft-Wärme-Kopplung, elektrischen Stromerzeugung, oder dergleichen eingesetzt werden. Hierfür ist insbesondere eine entsprechende Anlage mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zusammen mit einem Gasmotor und gegebenenfalls einem elektrischen Generator vorzusehen.
Generell kann der Reaktor zwei oder mehrere Zufuhreinheiten aufweisen. Dies ermöglicht eine getrennte Zufuhr von verschiedenen Ausgangsstoffen wie Sägemehl, Hackschnitzel, Stroh, Klärschlamm oder dergleichen zum Reaktor, wodurch eine vorteilhafte Vermischung der Ausgangsstoffe im Reaktor realisierbar ist. Ein mögliches, nachteiliges Entmischen der Ausgangsstoffe kann hierdurch verhindert werden. Alternativ oder in Kombination hierzu kann auch eine Beschickung verschiedener Ausgangsstoffe in eine einzelne Zufuhrvorrichtung bzw. Speichervorrichtung verwirklicht werden.
Darüber hinaus kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Brennstofferzeugung einer Brennstoffzelle verwendet werden, d. h. im Sinne der Erfindung ist der Generator bzw. die Verbrennungsmaschine als Brennstoffzelle ausgebildet. Beispielsweise kann hierbei der Wasserstoff, das Methan oder dergleichen des Brenngases bzw. Holzgases in entsprechenden Brennstoffzellen zur Erzeugung elektrischer Energie vorgesehen werden.
Generell können insbesondere zur Realisierung relativ leistungsstarker bzw. großer Einheiten mehrere bzw. zahlreiche Vorrichtungen gemäß der Erfindung modular miteinander gekoppelt und betrieben werden. Gegebenenfalls können hierbei ein oder mehrere Gasmotoren und/oder elektrische Generatoren vorgesehen werden. Beim Ausfall eines Moduls kann hierbei in vorteilhafter Weise ein anderes Modul den Ausfall wenigstens teilweise kompensieren.

Claims

Vorrichtung zur Erzeugung eines brennbaren Gasgemisches aus einem kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoff, wobei ein Reaktor (1) wenigstens eine Oxidationszone (10) zur Oxidation des Ausgangsstoffes sowie eine Reduktionszone (11) zur Reduktion wenigstens eines Zwischenprodukts der Oxidation umfasst, wobei im Bereich der Oxidationszone (10) zumindest eine erste oder mehrere Ausströmöffnung(en) (66, 61) aufweisende Luftdüse (n) (16) zum Einbringen von Oxidationsmittel angeordnet sind, wobei die Luftdüse (n) (16) wenigstens einen im Wesentlichen horizontal ausgerichteten Luftzufuhrabschnitt (66) zum Zuführen des Oxidationsmittels zu der/den ersten oder mehreren Ausströmöffnungen (60, 61) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftdüse (16) oder wenigstens eine der Luftdüsen neben dem horizontal ausgerichteten Luftzufuhrabschnitt (66) zudem wenigstens einen im Wesentlichen vertikal ausgerichteten, die erste oder mehrere Ausströmöffnung(en) (60, 61) aufweisenden Düsenöffnungsabschnitt (80) aufweist, wobei der/die Düsenöffnungsabschnitt(e) (80) 80 in Form eines vertikalen Rohres ausgebildet ist/sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsrichtung der Luftdüse (n) (16) im Wesentlichen in radialer Richtung ausgerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftdüse (16) oder wenigstens eine der Luftdüsen (16) neben dem horizontal ausgerichteten Luftzufuhrabschnitt (66) zudem wenigstens eine oder mehrere im Wesentlichen vertikal ausgerichtete, die erste oder mehrere Ausströmöffnung(en) (60, 61) aufweisende Düsenöffnungsabschnitte (80) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei oder mehr vorgesehenen Düsenöffnungsabschnitte (80) der Luftdüse (n) (16) im Wesentlichen in radialer Richtung des Reaktors (1) fluchtend angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausströmrichtung des Oxidationsmittels der ersten und/oder der zweiten Ausströmöffnung (60,61) quer zur Längsrichtung des Düsenöffnungsabschnitts (80) und/oder im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Wesentlichen alle Luftdüsen (16) neben dem horizontal ausgerichteten Luftzufuhrabschnitt (66) zudem wenigstens einen im Wesentlichen vertikal ausgerichteten, die erste oder mehrere Ausströmöffnung (en) (60, 61) aufweisenden Düsenöffnungsabschnitt (80) aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Luftdüsen (16) und/oder die Anzahl der im Wesentlichen vertikal ausgerichteten, die erste oder mehrere Ausströmöffnung (en) (60, 61) aufweisende Düsenöffnungsabschnitte (80) an den Durchmesser und/oder an die Querschnittsfläche der Oxidationszone (10) und/oder der Reduktionszone (11) angepasst sind.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Luftdüsen (16) mit unterschiedlicher Anzahl an Ausströmöffnungen (60, 61) und/oder an im Wesentlichen vertikal ausgerichteten, die erste oder mehrere Ausströmöffnung(en) (60, 61) aufweisenden Düsenöffnungsabschnitten (80) vorgesehen sind.
Anlage zur Erzeugung von elektrischer Energie und/oder Wärmeenergie mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines brennbaren Gasgemisches aus mindestens einem kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoff, einer Verbrennungsmaschine zum Verbrennen des Gasgemisches und/oder einem Generator zur Erzeugung elektrischer Energie, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche ausgebildet ist.