Feststoffvergasungsheizkessel

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf einen Feststoffvergasungsheizkessel mit einem Füllschacht und einem oberhalb eines Rostes angeordneten Vergasungsraum, wobei unterhalb des den Vergasungs- und'oder Reaktionsraum nach unten begrenzenden Rostes eine Brennkammer angeordnet ist, die mit einem Flammrohr ausgerüstet ist. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Betreiben eines Feststoffvergasungsheizkessels, wobei der Feststoffvergasungsheizkessel derart mit Unterdruck betrieben wird, daß im unteren Bereich der Brennkammer ein niedrigerer Diuck als im oberen Bereich des Heizkessels, d.h. der Reaktionskammer oder des Füllschachtes, herrscht.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Feststoffvergasungsheizkessel mit einem Füllschacht und einem oberhalb eines Rostes angeordneten Vergasungsraum sowie auf ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Feststoffvergasungsheizkessels.

[0002] Es ist bekannt, brennbare Abfälle in einem Verbrennungsofen zu trocknen und zu entgasen und die bei der Vergasung der Abfälle entstehenden Brenngase aus dem Ofen abzuziehen und über eine Reinigungsanlage zu reinigen und dann einer Verbrennung zuzuführen.

[0003] Solche großtechnischen Anlagen haben den Nachteil, daß sie nur für großtechnische Industriebetriebe oder Abfallverwertungsanlagen sinnvoll sind.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Feststoffvergasungsheizkessel zu schaffen, der für Kleinbetriebe und Haushaltungen einsetzbar ist und mit dem unmittelbar Wärme erzeugt werden kann, so daß beispielsweise in kleinen Industriebetrieben, landwirtschaftlichen Unternehmungen, Gärtnereien und Haushaltungen od. dgl. nicht nur die Beseitigung des Abfalls sinnvoll durchgeführt werden kann, sondern gleichzeitig mit den gewonnenen Energien auch eine Beheizung der Betriebsanlagen möglich ist.

[0005] Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruches gelöst.

[0006] Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen erläutert.

[0007] Mit dem erfindungsgemäßen Feststoffvergasungsheizkessel können Kohle, Torf und sonstige brennbare Stoffe verarbeitet werden und gleichzeitig Müll oder sonstige Reststoffe verbrannt werden. Diese unterschiedlichen Heizstoffe können gleichzeitig vergast und verbrannt werden und können unsortiert in den Ofen eingefüllt werden. Das gewonnene Brenngas ist von hoher Brennqualität und hat je nach vergasten Stoffen keinen oder nur einen geringen Anfall von ölen oder Teeren in den Abgasen. Durch die Vergasung der unterschiedlichen Brennstoffe und das darauf folgende Verbrennen des entstandenen Gases erfolgt ein Ausbrand der Werkstoffe bis zu 99 %. Hierdurch wird eine besonders hohe Energiegewinnung erreicht. Außerdem fällt nur in außergewöhnlich geringem Maße Asche an, wobei es sich um eine ungeschmolzene sterile Asche in mehligem Zustand handelt. Die Asche kann aus dem Ofen sofort einem entsprechenden Sammelbehälter zugeführt werden.

[0008] Weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Einrichtung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen zeigen dabei in

Fig. 1 schematisch den erfindungsgemäßen Feststoffvergasungsheizkessel, in

Fig. 2 eine Schnittzeichnung durch einen erfindungsgemäßen Kessel und in

Fig.3 eine Schnittzeichnung in Längsachse des Flammrohres gesehen.

[0009] In Fig. 1 ist mit 1 ein Füllschacht eines Feststoffvergasungsheizkessels bezeichnet. Hier kann eine Zellenradschleuse oder ein Doppelkolbenfüller vorgesehen werden. An diesen Füllschacht schließt sich nach unten ein Reaktions- bzw. Vergasungsraum 2 an, der durch einen Rost 3 nach unten hin begrenzt ist, der in der Zeichnung als Schwenkrost dargestellt ist. Unterhalb des Schwenkrostes 3 ist eine Brennkammer 4 angeordnet, die nach unten hin durch einen Ascheabzug 5 abgegrenzt ist. Anstelle des Schwenkrostes 3 kann auch ein Schwingrost eingesetzt werden, der durch einen Schwingmotorantrieb angetrieben wird.

[0010] Innerhalb der Brennkammer 4 ist ein Flammrohr 6 vorgesehen, dessen Gaseintritt 7 außermittig zur Brennkammer 4 angeordnet ist, so daß die durch den Schwenkrost 3 nach unten hin austretenden Brenngase gezwungen sind, außermittig in das Flammrohr einzutreten, wobei sie dabei an einem innerhalb eines Rohrstutzens 8 angeordneten Stützbrenner 9 vorbeifließen müssen, der zur Zündung der im Flammrohr 6 zu verbrennenden Gase bestimmt ist.

[0011] Der Rohrstutzen 8 wird nach außen hin durch eine Explosionsklappe 10 mit Zugbegrenzer abgeschlossen.

[0012] Bei 11 ist ein Gebläse dargestellt, das über Luftleitungen 12 in den unteren Bereich der Brennkammer 4 mündet, über eine weitere Luftleitung 14 in den Schwenkrost 3 führt und über eine dritte Luftleitung 15 in den oberen Bereich des Reaktionsraumes 2 mündet, und zwar unterhalb des Füllschachtes, und an diesen drei Bereichen zur Zuführung von sauerstoffreicher Frischluft sorgt.

[0013] Bei 16 ist ein Druckausgleichsrohr dargestellt, das aus dem Füllschacht bis in den Reaktionsraum 2 führt und über eine By-passleitung 16a in die Brennkammer 4.

[0014] Oberhalb des Schwenkrostes 3 mündet in den Reaktionsraum 2 ein Zündbrenner 17, der ebenfalls in einem entsprechenden Rohrstutzen 18 angeordnet ist.

[0015] Aus der Darstellung in Fig. 3 ist erkennbar, daß der Schwenkrost 3 eine Breite aufweist, die größer als die lichte Breite des Reaktionsraumes 2 ist. Hierbei reicht der Schwenkrost über die ganze Länge des Heizkessels und besitzt in den Bereichen, in dem er unterhalb der vorkragenden Wandteile 19 und 20 des Reaktionsraumes 2 liegt, über die Schwenkrostebene nach oben vorstehende Aufkantungen 21 auf, die verhindern, daß unvergastes Brenngut aus der Reaktionskammer 2 in den Brennraum 4 gelangen kann.

[0016] Die Wandung des Feststoffvergasungsheizkessels kann einen Wärmetauscher 22 aufnehmen, beispielsweise den Wärmetauscher einer Warmwasserheizung.

[0017] Der vorbeschriebene Feststoffvergasungsheizkessel arbeitet in der Brennkammer 4 und im Flammrohr 6 mit einem Unterdruck, der bis zum Füllschacht 1 reicht. Je nach der Art der vergasten Feststoff und je nach Gasentwicklung nimmt der Unterdruck im Füllschacht 1 und im Reaktionsraum 2 ab und kann bis zum Nullpunkt kommen, je nachdem wie die Druckregelanlage eingestellt ist.

[0018] Der natürliche Kaminzug oder ein eingebauter, in der Zeichnung nicht dargestellter Rauchgasventilator sorgen für den Unterdruck im Feststoffvergasungsheizkessel. Dieser Unterdruck wird bei Inbetriebnahme des Kessels durch eine Druckregelanlage gewährleistet, so daß kein überdruck durch zuviel produziertes Gas entstehen kann. Die Druckregelanlage steuert die Luftzufuhr zum Heizkessel. Entsteht ein größerer Gasanfall im Reaktionsraum 2 und im Füllschacht 1, wodurch der Unterdruck abnehmen würde, wird die Luftzufuhr sofort gemindert oder ganz geschlossen. Dies kann über eine gesonderte Regelanlage erfolgen oder durch entsprechende Steuerung des Gebläses 11.

[0019] Das vom Füllschacht 1 in den Reaktionsraum 2 bzw. in die Brennkammer 4 führende Druckausgleichsrohr 16 kann innerhalb oder außerhalb des Kessels angeordnet sein und sorgt für einen stets gleichbleibenden Druck innerhalb des Kessels.

[0020] Das Flammrohr 6 ist, wie bereits vorbeschrieben, so angeordnet, daß der Gaseintritt 7 bewirkt, daß die nach unten durch den Schwenkrost 3 austretenden Gase einen weiteren Weg zum Auslaß durchlaufen müssen und somit an dem Stützbrenner 9 vorbeigeführt werden. Hierdurch werden die Gase im Brennraum 4 verbrannt und im Flammrohr 6 restlos ausgebrannt.

[0021] An das Flammrohr 6 kann sich zusätzlich ein Wärmetauscher anschließen, so daß die im Flammrohr 6 ausgebrannten Gase, die eine Temperatur zwischen 500 und 800° C aufweisen können, im Wärmetauscher gekühlt werden können und dann mit einer niedrigen Abgastemperatur von ca. 100° durch den Kamin abgeführt werden.

[0022] Das Flammrohr 6 selbst ist aus einem hitzebeständigen Werkstoff, beispielsweise Edelstahl oder einer Quarzschmelze, wobei dieser Werkstoff rotglühend wird und somit für eine bessere Verbrennung im Flammrohr 6 und in der Brennkammer 4 sorgt. Die Form des Flammrohres 6 ist unerheblich. Die Anordnung einer Explosionsklappe 10 mit Zugbegrenzer hat die Aufgabe, daß bei Verpuffungen innerhalb des Kessels, diese sofort ausgeglichen werden können. Der Zugbegrenzer schließt sich, sobald das Gebläse 11 in Betrieb ist. Wenn sich das Gebläse 11 ausstellt oder die Luftzufuhr ganz oder teilweise geschlossen ist, tritt der Zugbegrenzer 10 in Betrieb und regelt den Luftzug im Brennrohr, so daß der Feststoffvergasungsheizkessel im Reaktionsraum 2 und in der Brennkammer 4 nicht auskühlt.

[0023] Der Antrieb des Schwenkrostes 3 erfolgt mit einer Schubsicherung, die die Aufgabe hat, die Kraft des Motors aufzufangen, wenn Materialien im Reaktionsraum 2 sich verklemmen oder verkanten, so daß sich der Schwenkrost 3 nicht frei bewegen kann.

[0024] Der Betrieb des Feststoffvergasungsheizkessels ist wie folgt:

Der Feststoffvergasungsheizkessel kann mit Reststoffen aller Art, wie Holz, Papier, Gummi, Leder, Kunststoffe usw., aber auch mit Steinkohle, Braunkohle und Torf betrieben werden. Der Einfüllung der Brennmaterialien in den Füllschacht 1 ist vorzugs-

weise eine Zerkleinerungsvorrichtung vorgeschaltet, beispielsweise ein Rotationsschneidbrecher.

[0025] Die Einfüllung der so vorbereiteten Brennmaterialien erfolgt in den Füllschacht 1. Im Reaktionsraum 2 werden diese Stoffe über den Schwenkrost 3 gezündet und bis zu 1000° C beheizt, wodurch die Vergasung entsteht und sich ein Brenngas entwickelt, welches von hoher Brenngasqualität ist und je nach verbrannten Reststoffen kein oder nur kaum Anfall von Ulen und Teeren hat. Dieses Brenngas wird durch einen Unterdruck in der unteren Brennkammer 4 nach unten gesaugt, über den Zündbrenner 17 gezündet und dann in der Brennkammer 4 und im Flammrohr 6 weiter verbrannt.

[0026] Die ausgebrannten Abgase weisen eine Temperatur zwischen 500 und 800° C auf und können dann durch einen Wärmetauscher zur Gewinnung der Restenergie geführt und durch den Kamin abgeführt werden, wobei dann eine Abgastemperatur im Kamin von etwa 100° C herrscht.

[0027] Grundsätzlich sei darauf hingewiesen, daß die Feststoffe auch mit brennbaren Flüssigkeiten versetzt werden können, wobei mit den erfindungsgemäßen Kesseln z.B. das problemlose Verbrennen von Altöl möglich ist.

Ansprüche

1. Feststoffvergasungsheizkessel mit einem Füllschacht und einem oberhalb eines Rostes angeordneten Vergasungsraum, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des den Vergasungs- oder Reaktionsraum (2) nach unten begrenzenden Rostes (3) eine Brennkammer (4) angeordnet ist, die mit einem Flammrohr (6) ausgerüstet ist.

2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flammrohr (6) mit einem Stützbrenner (9) ausgerüstet ist, der innerhalb eines Rohrstutzens (8) liegt, der zur Außenseite hin mit einer Explosionsklappe (10) mit Zugbegrenzer ausgerüstet ist.

3. Heizkessel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der den Reaktionsraum (2) von der Brennkammer (4) trennende Rost (3) als Schwenkrost ausgebildet ist.

4. Heizkessel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rost (3) als Schwingrost mit Schwingmotorantrieb ausgebildet ist.

5. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Sauerstoffzufuhr über ein außerhalb des Heizkessels angeordnetes Gebläse (11), das Luftleitungen (12, 14, 15) beschickt, die im unteren Bereich unterhalb des Flammrohres (6) der Brennkammer (4) in das Innere des mit Luftaustrittsöffnungen versehenen Schwenkrostes (3) und in den oberen Bereich des Reaktionsraumes (2) münden.

6. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rost (3) über die ganze Länge des Heizkessels reicht und eine Breite aufweist, die größer als die lichte Breite des Reaktionsraumes (2) ist (Fig. 3).

7. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rost (3) in dem Bereich, in dem er unterhalb der vorkragenden Wandteile (19, 20) des Reaktionsraumes (2) liegt, über die Rostebene nach oben hochkragende Aufkantungen (21) aufweisen.

8. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rost (3) Durchlässe für den Aschedurchfall und den Gasdurchfluß aufweist.

9. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaseintritt (7) in das Flammrohr (6) außermittig zum Brennraum (4) im Bereich der Wandung des Heizkessels angeordnet ist, in der der Stützbrenner (9) vorgesehen ist.

10. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Flammrohr (6) aus einem hitzebeständigen, bei Verbrennung der Gase rotglühend werdenden Werkstoff besteht.

11. Heizkessel wenigstens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die motorische Antriebsvorrichtung für den Schwenkrost (3) mit einer Schubsicherung ausgerüstet ist.

12. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Druckausgleichsrohr (16) zur Verbindung des Füllschachtes (1), d.h. also des obersten Teiles des Heizkessels, mit dem unteren Bereich des Reaktionsraumes (2).

13. Heizkessel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckausgleichsrohr (16) eine By-passleitung (16a) zur Verbindung zum Brennraum (4) aufweist.

14. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des Heizkessels durch einen Wärmetauscher (22) gebildet ist.

15. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgasleitung in einen nachgeschalteten Wärmetauscher geleitet wird.

16. Heizkessel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllvorrichtung als Zellenradschleuse oder als Doppelkolbenfüller ausgebildet ist.

17. Verfahren zum Betreiben eines Feststoffvergasungsheizkessels mit einem durch einen Rost von einer Brennkammer getrennten Reaktionsraum, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoffvergasungsheizkessel derart mit Unterdruck betrieben wird, daß im unteren Bereich der Brennkammer ein niedrigerer Druck als im oberen Bereich des Heizkessels, d.h. der Reaktionskammer oder des Füllschachtes herrscht.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruck im Feststoffvergasungsheizkessel durch den Kaminzug erreicht wird.

19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruck im Feststoffvergasungskessel durch einen eingebauten Rauchgasventilator erzeugt wird.

Zeichnung