VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR THERMOCHEMISCHEN UMSETZUNG EINES BRENNSTOFFS

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur thermochemischen Umsetzung eines Brennstoffs. Sie betrifft insbesondere das Gebiet der Wirbelschichtfeuerungen, bei denen der Brennstoff in einem durch ein zirkulierendes Fluid gebildeten Wirbelbett verbrannt wird.

[0002] Aus der DE 39 24 723 C2 ist ein Wirbelschichtreaktor bekannt, bei dem der Brennstoff über ein in der Nähe des Bodens in den Reaktor ragendes horizontales Rohr zugeführt wird. Der Ascheabzug erfolgt durch ein weiteres waagerecht verlaufendes Rohr, welches ebenfalls in der Nähe des Bodens in den Reaktor mündet. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren ist nachteiligerweise nur eine diskontinuierliche Verfahrensführung möglich. Insbesondere eignet sich das Verfahren nicht zur Verbrennung aschereicher Brennstoffe.

[0003] Die US 5,858,033 beschreibt einen Wirbelschichtreaktor, bei dem der Brennstoff durch ein seitlich in den oberen Teil des Reaktors mündendes Rohr zugeführt wird. Am Boden des Reaktors ist eine ringförmige Düsenanordnung vorgesehen, mit der ein zirkulierender Fluidstrom erzeugt wird. Die bei der Wirbelschichtfeuerung anfallende Asche wird über einen die Düsenanordnung umgebenden Ringspalt am Boden des Reaktors abgeführt. Ähnliche Wirbelschichtreaktoren sind aus der US 5,980,858 sowie der US 5,922,090 bekannt. Dabei erfolgt der Ascheaustrag über einen Rost am Boden des Wirbelschichtreaktors. Bei den bekannten Wirbelschichtreaktoren kann es zu einer Verstopfung der Düsen und zu einem Austrag von unverbranntem Brennstoff kommen.

[0004] Die DE 199 37 524 A1, DE 198 43 613 C2, DE 198 06 318 A1 sowie die DE 199 37 521 A1 beschreiben Verfahren zur Verbrennung von Abprodukten und Abfallstoffen aus der Papierindustrie. Dabei wird die bei der Wirbelschichtverbrennung erzeugte Energie über Wärmetauscher aus dem Abgas gewonnen.

[0005] Die DE 197 14 593 A1, DE 199 03 510 C2, DE 35 17 987 C2, DE 690 00 323 T2 sowie die DE 693 07 918 T3 beschreiben Wirbelschichtreaktoren, bei denen die Verbrennung in einem zylindrischen Reaktor erfolgt. Auch dabei erfolgt die Wärmerückgewinnung in der Regel mittels in den Abgasstrom geschalteter wärmetauscher.

[0006] Die DE 198 48 155 C1, DE 32 14 649 C3, DE 37 15 516 A1, DE 38 03 437 A0, DE 39 29 178 A1 sowie die DE 696 18 819 T2 offenbaren Wirbelschichtreaktoren, bei denen zur Erzeugung der Wirbelschicht ein inertes Material dem Reaktor zugeführt wird.

[0007] Wirbelschichtreaktoren mit einer am Boden vorgesehenen Einrichtung zum Umlenken des Brennstoffstroms in eine zweite Brennzone sind aus EP0302849 A1 und aus JP55-118515 A bekannt.

[0008] Die nach dem Stand der Technik bekannten Wirbelschichtreaktoren sind üblicherweise für einen hohen Leistungsbereich ausgelegt. Sie eignen sich insbesondere nicht zur Verbrennung aschereicher Festbrennstoffe, beispielsweise Biomasse, in einem kleinen Leistungsbereich.

[0009] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen einfach und kostengünstig auch in einem kleinen Leistungsbereich Brennstoffe thermochemisch umsetzbar sind.

[0010] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 18 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 17 und 19 bis 34.

[0011] Nach Maßgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur thermochemischen Umsetzung eines Brennstoffs gemäß Anspruch 1 vorgesehen.

[0012] Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren findet die Verbrennung des Brennstoffs in einem durch Strömungsleitmittel in eine erste und eine zweite Brennzone unterteilten Wirbelschichtreaktor statt. Das ermöglicht eine Zwangsführung des Brennstoffstroms und damit einen besonders kompakten Aufbau des Wirbelschichtreaktors. Das vorgeschlagene Verfahren eignet sich insbesondere zur Verbrennung von Brennstoff in einem kleinen Leistungsbereich. Insbesondere eignet sich das Verfahren zur Verbrennung fester und aschereicher Brennstoffe, beispielsweise Biomasse.

[0013] Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird bei der thermochemischen Umsetzung anfallende Asche durch am Boden vorgesehene Abfuhröffnungen abgeführt. Zum Verschließen der Abfuhröffnungen können Verschlussmittel vorgesehen sein. Des Weiteren hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Abfuhröffnungen durch einen Rost von der ersten und/oder zweiten Brennzone zu trennen. Das ermöglicht eine kontinuierliche Verfahrensführung. Zwischen dem Rost und den Abfuhröffnungen kann beispielsweise ein Aschesammelraum vorgesehen sein, der diskontinuierlich durch Öffnen der Abfuhröffnungen entleert werden kann. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, die anfallende Asche kontinuierlich durch die Abfuhröffnungen abzuführen.

[0014] Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass bei der thermochemischen Umsetzung gebildetes Abgas durch zumindest eine in der Nähe der Zuführöffnung vorgesehene Abgasöffnung angeführt wird. Das ermöglicht eine effiziente Verfahrensführung bei einem geringen Raumbedarf.

[0015] Erfindungsgemäß vergrößert sich eine Querschnittsfläche der zweiten Brennzone zumindest abschnittsweise vom Boden in Richtung der Zuführöffnung. Im Bereich der großen Querschnittsfläche ist die Strömungsgeschwindigkeit verringert. Infolgedessen bildet sich dort bei Wahl einer geeigneten Strömungsgeschwindigkeit eine Wirbelschicht aus, in der große Partikel länger verweilen als kleine. Kleine Partikel, insbesondere feine Ascheteilchen, werden abgeführt, wohingegen noch verwertbaren Brennstoff enthaltende große Partikel effizient nachverbrannt werden. Damit kann eine besonders effiziente Verbrennung des Brennstoffs erreicht werden.

[0016] Der erfindungsgemäße Reaktor kann kastenförmig ausgeführt sein. In diesem Fall sind zweckmäßigerweise zwei zweite Brennzonen vorgesehen, welche benachbart zur ersten Brennzone angeordnet sind. Es kann aber auch sein, dass die zweite Brennzone die erste Brennzone umgibt. In diesem Fall ist die erste Brennzone beispielsweise zylindrisch ausgeführt.

[0017] Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die bei der thermochemischen Umsetzung entstehende Wärme durch einen Wärmetauscher abgeführt wird, der zumindest teilweise die zweite Brennzone umgibt und/oder Bestandteil des zwischen der ersten und der zweiten Brennzone vorgesehenen Strömungsleitmittels ist. Das ermöglicht eine besonders effektive Ausnutzung der bei der thermochemischen Umsetzung frei werdenden Energie.

[0018] Der Wärmetauscher kann gegenüber der ersten und/oder der zweiten Brennzone zumindest teilweise durch eine feuerfeste Abschirmung abgeschirmt sein. Die Abschirmung ist zweckmäßigerweise aus einem feuerfesten keramischen Material hergestellt. Sie kann je nach Ausgestaltung des Reaktors die Form einer Platte, eines Zylinders, eines Kegelstumpfs oder dgl. aufweisen. Insbesondere kann die feuerfeste Abschirmung auch Bestandteil des Strömungsleitmittels sein.

[0019] Die thermochemische Umsetzung kann eine Verbrennung oder eine Vergasung sein. Dabei können insbesondere feste, aber auch flüssige Brennstoffe umgesetzt werden.

[0020] Nach einer weiteren Ausgestaltung weist die Einrichtung zum Umlenken des Brennstoffstroms ein dach- oder kegelartiges Umlenkmittel auf. Die Einrichtung zum Umlenken des Brennstoffstroms weist Düsen zum Beschleunigen des mittels der Umlenkmittel umgelenkten Brennstoffstroms in Richtung der zweiten Brennzone auf. Die Düsen können eine runde, ovale oder auch schlitzförmige Öffnung aufweisen. Der Brennstoffstrom wird zweckmäßigerweise durch ein durch die Düsen zugeführtes Fluid beschleunigt. Dabei kann das Fluid durch die Düsen in eine zum Boden weisende Richtung ausgestoßen werden. Das unterstützt die durch die Strömungsleitmittel erzeugte Zwangsführung des Brennstoffstroms von der ersten in die zweite Brennzone.

[0021] Das Fluid ist zweckmäßigerweise mindestens ein aus der folgenden Gruppe ausgewähltes Gas: Luft, Inertgas, Rauchgas oder strahlungsaktives Gas. Unter einem strahlungsaktiven Gas wird ein Gas verstanden, das eine Wärmeübertragung mit einer besonders hohen Wärmestromdichte ermöglicht. Insbesondere bei hohen Temperaturen von mehr als 900 °C wird ein wesentlicher Teil der Wärme durch Strahlung übertragen. Mit einem strahlungsaktiven Gas kann die Wärmeübertragung mittels Strahlung effektiv durchgeführt werden. Das strahlungsaktive Gas enthält vorzugsweise 40 Gew.% eines dreiatomigen Gases, beispielsweise eines oder mehrere der folgenden Gase: CO₂, NH₃, H₂O, SO₂ oder auch CH₄. Das strahlungsaktive Gas kann auch gemischt mit Luft vorliegen.

[0022] Ferner kann das Fluid zumindest einen aus der folgenden Gruppe ausgewählten Zusatz enthalten: Kalkmilch, Ammoniak, Harnstoff, Kalkstein. Derartige Zusätze tragen zu einer möglichst schadstoffarmen Verbrennung von Brennstoffen bei.

[0023] Zweckmäßigerweise ist ferner eine Einrichtung zum Vorwärmen des Fluids vorgesehen. Damit kann die Verbrennungstemperatur eingestellt und/oder gesteuert werden.

[0024] Nach weiterer Maßgabe der Erfindung ist eine Vorrichtung zur thermochemischen Umsetzung eines festen Brennstoffs gemäß Anspruch 16 vorgesehen.

[0025] Die vorgeschlagene Vorrichtung ist kompakt aufgebaut und ermöglicht eine effiziente thermochemische Umsetzung von Brennstoffen auch in einem kleinen Leistungsbereich. Wegen der vorteilhaften Ausgestaltungen der Vorrichtung wird auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen. Die beschriebenen Merkmale eignen sich sinngemäß auch als Weiterbildung der Vorrichtung.

[0026] Nachfolgend wird anhand der einzigen Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

[0027] Bei dem in der einzigen Figur gezeigten Wirbelschichtreaktor ist eine erste Brennzone 1 seitlich durch Platten 2 begrenzt, die aus einem feuerfesten Material, beispielsweise Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Zirkonoxid oder dgl., hergestellt sind. Am Boden B des Wirbelschichtreaktors ist eine Umlenkeinrichtung 3 vorgesehen. Die Umlenkeinrichtung 3 ist dach- oder sattelartig ausgebildet, wobei die Dachflächen bzw. Sattelflanken von der Mitte des Wirbelschichtreaktors zu dessen Seiten hin in Richtung des Bodens B abfallen. Die Umlenkeinrichtung 3 kann aus einem temperaturbeständigen Metall oder ebenfalls aus einem feuerfesten keramischen Material hergestellt sein. Unterhalb der Umlenkeinrichtung 3 ist eine Fluidzuführvorrichtung 4 vorgesehen, welche ein Zuführrohr 5 und Düsen 6 aufweist. Die Düsen 6 sind so angeordnet, dass ein hindurchgeführtes Fluid schräg in Richtung auf einen Abschnitt des Bodens B geführt wird, welcher etwa unterhalb einer zweiten Brennzone 7 sich befindet. Die Düsen 6 werden durch die vorzugsweise aus einem Metall hergestellte Umlenkeinrichtung 3 begrenzt. Beim Betrieb des Wirbelschichtreaktors heizt sich die Umlenkeinrichtung 3 auf. Infolgedessen wird damit auch ein durch die Düsen 6 hindurchgeleitetes Fluid vorgewärmt. Anstelle des Zuführrohrs 5 können auch ein Zuführschacht oder Zuführkanäle in der Zuführvorrichtung 4 vorgesehen sein, welche insbesondere so angeordnet sind, dass damit effektiv eine weitere Vorwärmung des Fluids erreicht wird. Die zweite Brennzone 7 ist benachbart der ersten Brennzone 1 angeordnet. Bei dem Fluid kann es sich insbesondere um ein Gas, beispielsweise Luft, Inertgas oder ein strahlungsaktives Gas, handeln. Die Düsen 6 öffnen sich zweckmäßigerweise im Bereich des unteren Endes der Umlenkeinrichtung 3. Mit dem Bezugszeichen 8 bezeichnete Düsenöffnungen können schlitzartig, oval oder rund ausgeführt sein.

[0028] Etwa unterhalb der zweiten Brennzone 7 befinden sich Aschesammelzonen 9, welche mit Rosten 10 abgedeckt sind. Im Bereich der Aschesammelzonen 9 sind ferner Abfuhröffnungen 11 zum Abführen von Asche vorgesehen. Die Abfuhröffnungen 11 befinden sich zweckmäßigerweise unterhalb von Klappen 12. Durch Öffnen der Klappen 12 ist das Innere des Wirbelschichtreaktors zu Wartungs- und Reinigungszwecken auf einfache Weise zugänglich. Anstelle der Klappen 12 können selbstverständlich auch andere Verschlussmittel vorgesehen sein, welche einen wiederkehrenden Zugang zum Inneren des Wirbelschichtreaktors ermöglichen.

[0029] Eine parallel zum Boden B verlaufende Querschnittsfläche der zweiten Brennzone 7 vergrößert sich bis zu einer mit dem Bezugszeichen 13 bezeichneten Nebenwirbelschichtzone.

[0030] Die Wände der zweiten Brennzone 7 sind mit einem äußeren Wärmetauscher 14 und einem inneren Wärmetauscher 15 versehen. Der innere Wärmetauscher 15 wirkt ebenso wie die Platte 2 als Strömungsleitmittel und trennt die erste Brennzone 2 von der zweiten Brennzone 7.

[0031] Gegenüber der Umlenkeinrichtung 3 sind in einem oberen Bereich des Wirbelschichtreaktors eine Zuführöffnung 16 zum Zuführen von Brennstoff sowie zwei Abgasöffnungen 17 zum Abführen von Abgas vorgesehen. Zwischen den Abgasöffnungen 17 und den Platten 2 befindet sich ein Spalt bzw. Durchgang 18, der einen Durchtritt eines von der zweiten Brennzone 7 kommenden Brennstoffstroms in die erste Brennzone 1 ermöglicht.

[0032] Die Funktion des Wirbelschichtreaktors ist folgende: Durch die Zuführöffnung 16 zugeführter Brennstoff, beispielsweise Biomasse, wird in der ersten Brennzone 1 in Richtung der Umlenkeinrichtung 3 geführt und dabei verbrannt. Der in Richtung der Umlenkeinrichtung 3 gerichtete Brennstoffstroms wird mittels der Umlenkeinrichtung 3 in zwei Teilströme aufgespalten und in Richtung der zweiten Brennzone 7 umgelenkt. Zur Aufrechterhaltung der Strömung wird durch das Zuführrohr 5 beispielsweise Luft eingeblasen, die an den Düsenöffnungen 8 austritt und die Teilströme beschleunigt, so dass sie in entgegengesetzter Richtung in den zweiten Brennzonen 7 nach oben gerichtet sind. Infolge der in den zweiten Brennzonen 7 vorgesehenen Querschnittsvergrößerung nimmt die Strömungsgeschwindigkeit ab. Es bilden sich in einem oberen Bereich Nebenwirbelschichtzonen 13. In den Nebenwirbelschichtzonen 13 werden gröbere, noch nicht vollständig verbrannte Brennstoffpartikel vom Feinmaterial abgetrennt, bis sie infolge der Verbrennung eine bestimmte Feinheit erreicht haben. Feinere Aschepartikel werden dagegen sogleich weiter transportiert und durch die Abgasöffnungen 17 dem zirkulierend geführten Brennstoffstrom entzogen.

[0033] Die bei der Verbrennung in den Brennzonen 1, 7 entstehende Wärme wird mittels der Wärmetauscher 14, 15 ausgekoppelt und kann an anderer Stelle zur Energieerzeugung, Heizung oder dgl. verwendet werden. Das durch das Zuführrohr 5 zugeführte Fluid, beispielsweise Luft, kann mittels im Boden B und/oder in der Umlenkeinrichtung 3 entlang der Düse 6 vorgesehener Fluidkanäle vorgewärmt werden. Damit ist es möglich, die Verbrennungstemperatur einzustellen bzw. zu steuern.

[0034] Grobe Aschepartikel werden in den Aschesammelzonen 9 gesammelt und über die Abfuhröffnungen 11, vorzugsweise kontinuierlich, abgeführt.

[0035] Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind auch andersartig ausgeführte Wirbelstromreaktoren geeignet. Beispielsweise kann die erste Brennzone 1 auch zylindrisch und die zweite Brennzone 7 als ein die erste Brennzone 1 umgebender Ringspalt ausgeführt sein.-Desgleichen kann auch die Abgasöffnung 17 als Ringspalt ausgeführt sein, welcher die Zuführöffnung 16 umgibt. Die Umlenkeinrichtung 3 kann bei einer zylindrischen Ausführung kegel- oder domartig ausgeführt sein. Die Anordnung der Düsen 6 ist so gewählt, dass eine optimale Zirkulation des Brennstoffs durch die erste 1 und die zweite Brennzone 7 gewährleistet ist. Eine Geschwindigkeit des zirkulierenden Brennstoffstroms ist in Abhängigkeit der Geometrie der zweiten Brennzone 7 so einzustellen, dass sich dort zweckmäßigerweise Nebelwirbelschichtzonen 13 ausbilden.

Bezugszeichenliste

[0036] 

1

erste Brennzone

2

Platte

3

Umlenkeinrichtung

4

Fluidzuführvorrichtung

5

Zuführrohr

6

Düse

7

zweite Brennzone

8

Düsenöffnung

9

Aschesammelzone

10

Rost

11

Abfuhröffnung

12

Klappe

13

Nebenwirbelschichtzone

14

äußere Wärmetauscher

15

innere Wärmetauscher

16

Zuführöffnung

17

Abgasöffnung

18

Spalt

B

Boden

Ansprüche

1. Verfahren zur thermochemischen Umsetzung eines Brennstoffs mit folgenden Schritten:

a) Bereitstellen eines Wirbelschichtreaktors mit einer zentralen ersten Brennzone (1) und einer davon durch Strömungsleitmittel (2, 15) getrennten zweiten Brennzone (7), wobei die erste Brennzone (1) mit einer Zuführöffnung (16) zum Zuführen von Brennstoff und einer gegenüberliegend der Zuführöffnung (16) am Boden (B) des Wirbelschichtreaktors vorgesehenen Einrichtung (3) zum Umlenken eines Brennstoffstroms in die zweite Brennzone (7) versehen ist,

b) Zuführen von Brennstoff durch die Zuführöffnung (16), so dass ein zum Boden (B) weisender Brennstoffstrom sich ausbildet,

c) Umlenken des Brennstoffstroms am Boden (B) in die zweite Brennzone (7), so dass der Brennstoffstrom in eine im Wesentlichen entgegengesetzte Richtung geführt und mittels Düsen (6) in Richtung der zweiten Brennzone (7) beschleunigt wird, wobei durch eine zumindest abschnittsweise Vergrößerung der Querschnittsfläche der zweiten Brennzone (7) vom Boden (B) in Richtung der Zuführöffnung (16) die Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoffstroms im Bereich der großen Querschnittsfläche derart verringert wird, dass sich in der zweiten Brennzone (7) eine Nebenwirbelschichtzone (13) ausbildet, und

d) weiteres Umlenken des Brennstoffstroms in der Nähe der Zuführöffnung (16), so dass der Brennstoffstrom in die erste Brennzone zurück geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei der thermochemischen Umsetzung anfallende Asche durch am Boden (B) vorgesehene Abfuhröffnungen (11) abgeführt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Verschlussmittel zum Verschließen der Abfuhröffnungen (11) vorgesehen sind.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abfuhröffnungen (11) durch einen Rost (10) von der ersten (1) und/oder zweiten Brennzone (7) getrennt sind.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei der thermochemischen Umsetzung gebildetes Abgas durch zumindest eine in der Nähe der Zuführöffnung (16) vorgesehene Abgasöffnung (17) abgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Brennzone (7) die erste Brennzone (1) umgibt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die bei der thermochemischen Umsetzung entstehende Wärme durch einen Wärmetauscher (14, 15) abgeführt wird, der zumindest teilweise die zweite Brennzone (7) umgibt und/oder Bestandteil des zwischen der ersten (1) und zweiten Brennzone (7) vorgesehenen Strömungsleitmittels ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wärmetauscher (14, 15) gegenüber der ersten (1) und/oder zweiten Brennzone (7) zumindest teilweise durch eine feuerfeste Abschirmung (2) abgeschirmt ist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die thermochemische Umsetzung eine Verbrennung oder Vergasung ist.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung (3) zum Umlenken des Brennstoffstroms ein dach- oder kegelartiges Umlenkmittel aufweist.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Brennstoffstrom durch ein durch die Düsen (6) zugeführtes Fluid beschleunigt wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fluid durch die Düsen (6) in eine zum Boden (B) weisende Richtung ausgestoßen wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fluid mindestens ein aus der folgenden Gruppe ausgewähltes Gas ist: Luft, Inertgas, Rauchgas oder strahlungsaktives Gas.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fluid zumindest einen aus der folgenden Gruppe ausgewählten Zusatz enthält: Kalkmilch, Ammoniak, Harnstoff, Kalkstein.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Einrichtung zum Vorwärmen des Fluids vorgesehen ist.

16. Vorrichtung zur thermochemischen Umsetzung eines festen Brennstoffs mit einem Wirbelschichtreaktor mit einer zentralen ersten Brennzone (1) und einer davon durch Strömungsleitmittel (2, 15) getrennten zweiten Brennzone (7), wobei die erste Brennzone (7) mit einer Zuführöffnung (16) zum Zuführen von Brennstoff und einer gegenüberliegend der Zuführöffnung (16) am Boden (B) des Wirbelschichtreaktors vorgesehenen Einrichtung (3) zum Umlenken eines Brennstoffstroms in die zweite Brennzone (7) versehen ist, so dass ein von der Zuführöffnung (16) zum Boden (B) weisender Brennstoffstrom in die zweite Brennzone (7) umgelenkt, in eine im Wesentlichen entgegengesetzte Richtung geführt und in der Nähe der Zuführöffnung (16) wiederum umgelenkt und in die erste Brennzone (1) zurück geführt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Einrichtung (3) zum Umlenken des Brennstoffstroms Düsen (6) zum Beschleunigen des mittels der Umlenkmittel umgelenkten Brennstoffstroms in Richtung der zweiten Brennzone (7) aufweist und dass
eine Querschnittsfläche der zweiten Brennzone (7) sich zumindest abschnittsweise vom Boden (B) in Richtung der Zuführöffnung (16) vergrößert, wodurch sich im Bereich der großen Querschnittsfläche die Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoffstroms derart verringert, dass sich in der zweiten Brennzone (7) eine Nebenwirbelschichtzone (13) ausbildet.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei am Boden (B) Abfuhröffnungen (11) zum Abführen von bei der thermochemischen Umsetzung anfallender Asche vorgesehen sind.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, wobei Verschlussmittel zum Verschließen der Abfuhröffnungen (11) vorgesehen sind.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei die Abfuhröffnungen (11) durch einen Rost (10) von der ersten (1) und/oder zweiten Brennzone (7) getrennt sind.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei in der Nähe der Zuführöffnung (16) zumindest eine Abgasöffnung (17) zum Abführen von bei der thermochemischen Umsetzung gebildetem Abgas vorgesehen ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, wobei die zweite Brennzone (7) die erste Brennzone (1) umgibt.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, wobei ein Wärmetauscher (14, 15) zum Abführen der bei der thermochemischen Umsetzung entstehende Wärme vorgesehen ist, der zumindest teilweise die zweite Brennzone (7) umgibt und/oder Bestandteil des zwischen der ersten (1) und zweiten Brennzone (7) vorgesehenen Strömungsleitmittels ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 22, wobei der Wärmetauscher (14, 15) gegenüber der ersten (1) und/oder zweiten Brennzone (7) zumindest teilweise durch eine feuerfeste Abschirmung (2) abgeschirmt ist.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 23, wobei die thermochemische Umsetzung eine Verbrennung oder Vergasung ist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 24, wobei die Einrichtung (3) zum Umlenken des Brennstoffstroms ein dach- oder kegelartiges Umlenkmittel aufweist.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 25, wobei der Brennstoffstrom durch ein durch die Düsen (6) zugeführtes Fluid beschleunigt wird.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 26, wobei die Düsen (6) so angeordnet sind, dass deren Ausstoßrichtung zum Boden (B) weist.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 27, wobei das Fluid mindestens ein aus der folgenden Gruppe ausgewähltes Gas ist: Luft, Inertgas, Rauchgas oder strahlungsaktives Gas.

29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 28, wobei das Fluid zumindest ein aus der folgenden Gruppe ausgewählten Zusatz enthält: Kalkmilch, Ammoniak, Harnstoff, Kalkstein.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 29, wobei eine Einrichtung zum Vorwärmen des Fluids vorgesehen ist.

Claims

1. A method for the thermochemical conversion of a fuel having the following steps:

a) Providing of a fluidised bed reactor with a central first combustion zone (1) and a second combustion zone (7) that is separated from the first combustion zone (1) by flow conduction means (2, 15), wherein the first combustion zone (1) is provided with a supply opening (16) for supplying fuel and a unit which is provided opposite the opening (16) at the floor (B) of the reactor for deviating a stream of fuel into the second combustion zone (7),

b) feeding of fuel through the supply opening (16) so that a stream of fuel forms that is directed towards the floor (B),

c) deviating of the stream of fuel on the floor (B) into the second combustion zone (7) so that the stream of fuel is guided in an essentially opposite direction and is accelerated by means of nozzles (6) in the direction of the second combustion zone (7), wherein as a result of the at least sectional enlargement of the cross-sectinnal area of the second combustion zone (7) from the floor (B) in the direction of the supply opening (16), the speed of the stream of fuel is reduced in the area of the large cross-section area in such a manner that an auxiliary fluidised bed zone (13) is formed in the second combustion zone (7), and

d) further deviating of the stream of fuel in the vicinity of the supply opening (16), causing the stream of fuel to be returned to the first combustion zone.

2. A method according to claim 1, wherein the ash which is produced during the thermochemical conversion is removed via removal openings (11) on the floor (B).

3. A method according to any one of the preceding claims, wherein means of closure are provided in order to close the removal openings (11).

4. A method according to any one of the preceding claims, wherein the removal openings (11) are separated from the first (1) and/or the second combustion zone (7) by means of a grid (10).

5. A method according to any one of the preceding claims, wherein exhaust gas produced during the thermochemical conversion is removed via at least one exhaust gas opening (17) which is situated in the vicinity of the supply opening (16).

6. A method according to any one of the preceding claims, wherein the second combustion zone (7) surrounds the first combustion zone (1).

7. A method according to any one of the preceding claims, wherein the heat which is produced during the thermochemical conversion, is removed by means of a heat exchanger (14, 15), which at least partially surrounds the second combustion zone (7) and/or is a component of the flow conduction means which is provided between the first (1) and the second combustion zone (7).

8. A method according to any one of the preceding claims, wherein the heat exchanger (14, 15) is at least partially protected from the first (1) and/or the second combustion zone (7) by a tire-resistant shield (2).

9. A method according to any one of the preceding claims, wherein the thermochemical conversion is a combustion or a gasification.

10. A method according to any one of the preceding claims, wherein the device (3) for diverting the fuel stream comprises roof-shaped or cone-shaped diversion means.

11. A method according to any one of the preceding claims, wherein the fuel stream is accelerated by means of the fluid which is supplied via the nozzles (6).

12. A method according to any one of the preceding claims, wherein the fluid is ejected via the nozzles (6) in a direction which points to the floor (B).

13. A method according to any one of the preceding claims, wherein the fluid is at least one gas selected from the following group: air, inert gas, smoke gas or radiation-active gas.

14. A method according to any one of the preceding claims, wherein the fluid contains at least one additive selected from the following group: lime milk, ammoniac, urine, chalk.

15. A method according to any one of the preceding claims, wherein a device for pre-heating the fluid is provided.

16. A device for the thermochemical conversion of a solid fuel with a fluidised bed reactor with a central first combustion zone (1) and a second combustion zone (7) which is separated from this by flow conduction means (2, 15), wherein the first combustion zone (7) is provided with a supply opening (16) for the supply of fuel and a unit (3) which is provided opposite the supply opening (16) at the floor (E) of the reactor for deviating a stream of fuel into the second combustion zone (7), so that a fuel stream which is directed from the supply opening (16) towards the floor (B) is diverted into the second combustion zone (7), is guided in an essentially opposite direction, and is again diverted in the vicinity of the supply opening (16) and guided back into the first combustion zone (1),
characterized in that
the unit (3) for diverting the fuel stream comprises nozzles (6) for accelerating the fuel stream which is diverted by the diversion means in the direction of the second combustion zone (7), and that
a cross-sectional area of the second combustion zone (7) is enlarged at least in sections from the floor (B) in the direction of the supply opening (16), the speed of the stream of fuel is reduced in the area of the large cross-sectional area in such a manner that an auxiliary fluidised bed zone (13) is formed in the second combustion zone (7).

17. A device according to claim 16, wherein on the floor (B), removal openings (11) are provided for the removal of the ash produced during the thermochemical conversion.

18. A device according to either of claims 16 or 17, wherein means of closure are provided for the closure of the removal openings (11).

19. A device according to any one of claims 16 to 18, wherein the exhaust gas openings (11) are separated from the first (1) and/or the second combustion zone (7) by a grid (10).

20. A device according to any one of claims 16 to 19, wherein in the vicinity of the supply opening (16), at least one exhaust gas opening (17) is provided for the removal of the exhaust gas produced during the thermochemical conversion.

21. A device according to any one of claims 16 to 20, wherein the second combustion zone (7) surrounds the first combustion zone (1).

22. A device according to any one of claims 16 to 21, wherein a heat exchanger (14, 15) is provided for the removal of the heat which is produced during the thermochemical conversion, which at least partially surrounds the second combustion zone (7) and/or is a component of the flow conduction means which lies between the first (1) and the second combustion zone (7).

23. A device according to any one of claims 16 to 22, wherein the heat exchanger (14, 15) is at least partially protected from the first (1) and/or the second combustion zone (7) by a fire-resistant shield (2).

24. A device according to any one of claims 16 to 23, wherein the thermochemical conversion is a combustion or a gasification.

25. A device according to any one of claims 16 to 24, wherein the unit (3) for diverting the fuel stream comprises roof-shaped or cone-shaped diversion means.

26. A device according to any one of claims 16 to 25, wherein the fuel stream is accelerated by a fluid which is supplied via the nozzles (6).

27. A device according to any one of claims 16 to 26, wherein the nozzles (6) are arranged in such a manner that their emission direction points to the floor (B).

28. A device according to any one of claims 16 to 27, wherein the fluid is at least one gas selected from the following group: air, inert gas, smoke gas or radiation-active gas.

29. A device according to any one of claims 16 to 28, wherein the fluid contains at least one additive from the following group: lime milk, ammonia, urea, lime stone.

30. A device according to any one of claims 16 to 29, wherein a devise for pre-heating the fluid is provided.

Revendications

1. Procédé de transformation thermochimique d'un combustible comprenant les étapes suivantes:

a) préparation d'un réacteur à lit fluidisé comportant une première zone de combustion centrale (1) et une seconde zone de combustion (7) séparée de la première zone de combustion par des moyens de guidage d'écoulement (2, 15), la première zone de combustion (1) présentant un orifice d'alimentation (16) pour l'amenée de combustible et un dispositif (3) prévu au fond (B) du réacteur à lit fluidisé, à l'opposé de l'orifice d'alimentation (16), pour dévier un courant de combustible dans la seconde zone de combustion (7),

b) amenée de combustible par l'orifice d'alimentation (16) de manière à former un courant de combustible dirigé vers le fond (B)

c) déviation du courant de combustible au fond (B), dans la seconde zone de combustion (7) de façon à ce que le courant de combustible soit guidé dans un sens essentiellement opposé et soit accéléré au moyen de buses (6) vers la seconde zone de combustion (7) où, par une augmentation au moins segment par segment de la surface de section de la seconde zone de combustion (7) du fond (B) vers l'orifice d'alimentation (16), la vitesse d'écoulement du courant de combustible est réduite dans la zone de la grande surface de section de telle façon qu'une zone de lit fluidisé secondaire (13) se forme dans la seconde zone de combustion (7), et

d) déviation, supplémentaire du courant de combustible à proximité de l'orifice d'alimentation (16) de façon à ce que le courant de combustible soit recyclé dans la première zone de combustion.

2. Procédé selon la revendication 1, où la cendre résultant de la transformation thermochimique est évacuée par des orifices d'évacuation (11) prévus sur le fond (B).

3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, où des moyens d'obturation sont prévus pour obturer les orifices d'évacuation (11).

4. procédé selon l'une des revendications précédentes, où les orifices d'évacuation (11) sont séparés de la première (1) et/ou de la seconde zone de combustion (7) par une grille (10).

5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, où les gaz d'échappement générés lors de la transformation thermochimique sont évacués à travers au moins un orifice de gaz d'échappement (17) prévu à proximité de l'orifice d'alimentation (16).

6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, où la seconde zone de combustion (7) entoure la première zone de combustion (1).

7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, où la chaleur engendrée lors de la transformation thermochimique est évacuée à travers un échangeur de chaleur (14, 15) qui entoure au moins partiellement la deuxième zone de combustion (7) et/ou est partie composante du moyen de guidage d'écoulement prévu entre la première (1) et la seconde zone de combustion (7).

8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, où l'échangeur de chaleur (14, 15) par rapport à la première (1) et/ou la seconde zone de combustion (7) est blindé au moins partiellement par un blindage (2) résistant au feu.

9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, où la transformation thermochimique est une combustion ou une gazéification.

10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, où le Dispositif (3) pour la déviation du courant de combustible présente un moyen de déviation en forme de toit ou de forme conique.

11. Procécé selon l'une des revendications précédentes, où le courant de combustible est accéléré par un fluide amené à travers les buses (6).

12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, où le fluide est rejeté à travers les buses (6) dans un sens dirigé vers le fond (B).

13. Procédé selon l'une des revendications précédentes, où le fluide est au moins un gaz sélectionné à partir du groupe suivant: air, gaz inerte, gaz de fumée ou gaz radioactif.

14. Procédé selon l'une des revendications précédentes, où le fluide contient au moins un additif sélectionné à partir du groupe suivant: lait de chaux, ammoniac, urée, pierre à chaux.

15. Procédé selon l'une des revendications précédentes, où un dispositif est prévu pour préchauffer le fluide.

16. Dispositif pour la transformation thermochimique d'un combustible solide avec un réacteur à lit fluidisé comportant une première zone de combustion centrale (1) et une seconde zone de combustion (7) séparée par des moyens de guidage d'écoulement (2, 15), la première zone de combustion (7) présentant un orifice d'alimentation (16) pour l'amenée de combustible et un dispositif (3) prévu, au fond (B) du réacteur à lit fluidisé, à l'opposé de l'orifice d'alimentation (16), pour dévier un courant de combustible dans la seconde zone de combustion (7), de façon à ce qu'un courant de combustible dirigé vers le fond (B) à partir de l'orifice d'alimentation (16) soit dévié dans la seconde zone de combustion (7), guidé dans un sens essentiellement opposé et de nouveau dévié à proximité de l'orifice d'alimentation. (16) et recyclé dans la première zone de combustion (1),
caractérisé en ce que
le dispositif (3) pour la déviation du courant de combustible présente des buses (6) pour l'accélération du courant de combustible dévié à l'aide de moyens de déviation vers la seconde zone de combustion (7) et
qu'une surface de section de la seconde zone de combustion (7) augmente au moins segment par segment du fond (B) vers l'orifice d'alimentation (16), ce qui ralentit la vitesse d'écoulement du courant de combustible dans la zone de la grande surface de section de façon telle qu'une zone de lit fluidisé secondaire (13) se forme dans la seconde zone de combustion (7).

17. Dispositif selon la revendication 16, où des orifices d'évacuation (11) sur le fond (B) sont prévus pour l'évacuation de cendres résultant de la transformation thermochimique.

18. Dispositif selon la revendication 16 ou 17, où des moyens d'obturation sont prévus pour obturer les orifices d'évacuation (11).

19. Dispositif selon l'une des revendications 16 à 18, où les orifices d'évacuation (11) sont séparés de la première (1) et/ou de la seconde zone de combustion (7) par une grille (10).

20. Dispositif selon l'une des revendications 16 à 19, où au moins un orifice de gaz d'échappement (17) à proximité de l'orifice d'alimentation (16) est prévu pour l'évacuation des gaz d'échappement générés lors de la transformation thermochimique.

21. Dispositif selon l'une des revendications 16 à 20, où la seconde zone de combustion (7) entoure la première zone de combustion (1).

22. Dispositif selon l'une des revendications 16 à 21, où un échangeur de chaleur (14, 15) est prévu pour l'évacuation de la chaleur engendrée lors de la transformation thermochimique, lequel entoure au moins partiellement la seconde zone de combustion (7) et/ou est partie composante du moyen de guidage d'écoulement prévu entre la première (1) et la deuxième zone de combustion (7).

23. Dispositif selon l'une des revendications 16 à 22, où l'échangeur de chaleur (14, 15) par rapport à la première (1) et/ou la seconde zone de combustion (7) est blindé au moins partiellement par un blindage (2) résistant au feu.

24. Dispositif selon l'une des revendications 16 à 23, où la transformation thermochimique est une combustion ou une gazéification.

25. Dispositif selon l'une des revendications 16 à 24, où le dispositif (3) pour la déviation du courant de combustible présente un moyen de déviation en forme de toit ou de forme conique.

26. Dispositif selon l'une des revendications 16 à 25, où le courant de combustible est accéléré par un fluide amené à travers les buses (6).

27. Dispositif selon l'une des revendications 16 à 26, où les buses (6) sont disposées de telle façon que leur sens d'éjection est dirigé vers le fond (B).

28. Dispositif selon l'une des revendications 16 à 27, où le fluide est au moins un gaz sélectionné à partir du groupe suivant: air, gaz inerte, gaz de fumée ou gaz radioactif.

29. Dispositif selon l'une des revendications 16 à 28, où le fluide contient au moins un additif sélectionné à partir du groupe suivant: lait de chaux, ammoniac, urée, pierre à chaux.

30. Dispositif selon l'une des revendications 16 à 29, où un dispositif est prévu pour préchauffer le fluide.

Zeichnung