HEATING ASSEMBLY FOR THE GASIFICATION OF SOLID FUELS

Abstract: Solid material gasification heating boiler, comprising a filling chamber (1) and a gasification chamber (2) arranged above a grid (3), and under the grid delimiting downardly the gasification and/or reaction chamber there is provided a combustion chamber (4) having a flame tube. A process for operating a solid material gasification heating boiler is also disclosed, such a boiler being vacuum operated so that the pressure is lower in the bottom area of the combustion chamber than in the top area of the heating boiler, i.e. of the reaction chamber or the filling chamber.

Description: "Feststoffvergasungsheizkessel" 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. 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. Solche grosstechnischen Anlagen haben den Nachteil, dass sie nur für grosstechnische Industriebetriebe oder Abfallverwertungsanlagen sinnvoll sind. 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. Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruches gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteranspruchen erläutert. 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 Ulen 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. Weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemässen Einrichtung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen zeigen dabei in Fig. 1 schematisch den erfindungsgemässen Fest stoffvergasungsheizkessel, in Fig. 2 eine Schnittzeichnung durch einen erfin dungsgemässen Kessel und in Fig.3 eine Schnittzeichnung in Längsachse des Flammrohres gesehen. 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. 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. Der Rohrstutzen 8 wird nach aussen hin durch eine Explosionsklappe 10 mit Zugbegrenzer abgeschlossen. 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 mün det, und zwar unterhalb des Füllschachtes, und an diesen drei Bereichen zur Zuführung von sauerstoffreicher Frischluft sorgt. 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. Oberhalb des Schwenkrostes 3 mündet in den Reaktionsraum 2 ein Zündbrenner 17, der ebenfalls in einem entsprechenden Rohrstutzen 18 angeordnet ist. 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. Die Wandung des Feststoffvergasungsheizkessels kann einen Wärmetauscher 22 aufnehmen, beispielsweise den Wärmetauscher einer Warmwasserheizung. 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 einge stellt ist. 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 Oberdruck 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 Regel an lage erfolgen oder durch entsprechende Steuerung des Gebläses 11. 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. Das Flammrohr 6 ist, wie bereits vorbeschrieben, so angeordnet, dass der Gase-intritt 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. An das Flammrohr 6 kann sich zusätzlich ein Wärmetauscher anschliessen, so dass die im Flammrohr 6 ausgebrannten Gase, die eine Temperatur zwischen 500 und 8000 C aufweisen können, im Wärmetauscher ge kühlt werden konnen und dann mit einer niedrigen Abgastemperatur von ca. 1000 durch den Kamin abgeführt werden. 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. Der Antrieb des Schwenkrostes 3 erfolgt mit einer Schubsicherung, die die Aufaabe 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 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. 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 10000 C beheizt, wodurch die Vergasung entsteht und sich ein Brenngas entwickelt, welches von hoher Brenngasqual ität 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. Die ausgebrannten Abgase weisen eine Temperatur zwischen 500 und 8000 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 1000 C herrscht. 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.

Claims: Patentansprüche: 1. Feststoffvergasungsheizkessel mit einem Füll schacht und einem oberhalb eines Rostes ange ordneten Vergasungsraum, dadurch gekennzeich net, 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 gekenn zeichnet, dass das Flammrohr (6) mit einem Stützbrenner (9) ausgerüstet ist, der inner halb 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 Schwing rost mit Schwingmotorantrieb ausgebildet ist. 5. Heizkessel nach einem oder mehreren der vor hergehenden 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 Schwenk rostes (3) und in den oberen Bereich des Reaktionsraumes (2) münden. 6. Heizkessel nach einem oder mehreren der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass der Rost (3) titer die ganze Länge des Heizkessels reicht und eine Breite auf weist, die grösser als die lichte Breite des Reaktionsraumes (2) ist (Fig. 3). 7. Heizkessel nach einem oder mehreren der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, 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 vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass der Rost (3) Durchlässe für den Aschedurchfall und den Gasdurchfluss aufweist. 9. Heizkessel nach einem oder mehreren der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, 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 vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass das Flammrohr (6) aus einem hitze beständigen, bei Verbrennung der Gase rot glühend werdenden Werkstoff besteht. 11. Heizkessel wenigstens nach Anspruch 3, da durch gekennzeichnet, dass die motorische Antriebsvorrichtung für den Schwenkrost (3) mit einer Schubsicherung ausgerüstet ist. 12. Heizkessel nach einem oder mehreren der vor hergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Druckausgleichsrohr (16) zur Verbindung des Füllschachtes (1), d.h. also des obersten Teiles des Heizkessels, mit dem unteren Be reich des Reaktionsraumes (2). 13. Heizkessel nach Anspruch 12, dadurch gekenn zeichnet, dass das Druckausgleichsrohr (16) eine By-passleitung (16a) zur Verbindung zum Brennraum (4) aufweist. 14. Heizkessel nach einem oder mehreren der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass die Wandung des Heizkessels durch einen Wärmetauscher (22) gebildet ist. 15. Heizkessel nach einem oder mehreren der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass die Rauchgasleitung in einen nach geschalteten Wärmetauscher geleitet wird. 16. Heizkessel nach einem oder mehreren der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass die Füllvorrichtung als Zellenrad schleuse oder als Doppelkolbenfüller ausge bildet ist. 17. Verfahren zum Betreiben eines Feststoffver gasungsheizkessels mit einem durch einen Rost von einer Brennkammer getrennten Reaktions raum, dadurch gekennzeichnet, dass der Fest stoffvergasungsheizkessel derart mit Unter druck 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 gekenn zeichnet, dass der Unterdruck im Feststoffver gasungsheizkessel durch den Kaminzug erreicht wird. 19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekenn zeichnet, dass der Unterdruck im Feststoffver gasungskessel durch einen eingebauten Rauch gasventilator erzeugt wird.

Inventors: KOPKE, MANFRED, Köpke, Manfred
Applicants: KOPKE, MANFRED
Application year: 1985
Main classification: F23B1
IPC codes: C02F11, F24B5, F24H1, F23G5