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DE102014109107A1 - Reactor for gasifying biomass, in particular wood - Google Patents

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DE102014109107A1
DE102014109107A1 DE102014109107.8A DE102014109107A DE102014109107A1 DE 102014109107 A1 DE102014109107 A1 DE 102014109107A1 DE 102014109107 A DE102014109107 A DE 102014109107A DE 102014109107 A1 DE102014109107 A1 DE 102014109107A1
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Abstract

Es wird ein Reaktor zum Vergasen von Biomasse, insbesondere Holz, mit einer Oxidationsstufe (4), in der eine Luftzufuhreinrichtung (9) mit über den Umfang verteilten Düsenöffnungen mündet, und mit einer unten an die Oxidationsstufe (4) anschließenden, erweiterten Reduktionsstufe (3) beschrieben. Um vorteilhafte Konstruktionsbedingungen zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass die Oxidationsstufe (4) eine in die Reduktionsstufe (3) mündende, einen koaxialen Kern (7) umschließende Ringkammer (5) bildet und dass sich die entlang wenigstens einer der beiden Umfangswände der Ringkammer (5) angeordneten Düsenöffnungen der Luftzufuhreinrichtung (9) zu wenigstens einem Düsenring ergänzen.It is a reactor for gasification of biomass, in particular wood, with an oxidation stage (4), in which an air supply means (9) opens with circumferentially distributed nozzle openings, and with a down to the oxidation stage (4) subsequent, advanced reduction stage (3 ). In order to provide advantageous design conditions, it is proposed that the oxidation stage (4) forms an annular chamber (5) opening into the reduction stage (3) and enclosing a coaxial core (7) and that along at least one of the two peripheral walls of the annular chamber (5 ) arranged nozzle openings of the air supply device (9) to complement at least one nozzle ring.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Reaktor zum Vergasen von Biomasse, insbesondere Holz, mit einer Oxidationsstufe, in der eine Luftzufuhreinrichtung mit über den Umfang verteilten Düsenöffnungen mündet, und mit einer unten an die Oxidationsstufe anschließenden, erweiterten Reduktionsstufe. The invention relates to a reactor for the gasification of biomass, in particular wood, with an oxidation stage in which an air supply device opens with nozzle openings distributed over the circumference, and with a subsequent downstream of the oxidation stage, extended reduction stage.

Zum Vergasen insbesondere von stückeligem Holz ist es bekannt ( DE 20 2007 002 014 U1 ), einen Reaktor einzusetzen, der eine mit stückeligem Holz beschickbare Oxidationsstufe und eine an die Oxidationsstufe nach unten anschließende Reduktionsstufe umfasst. Die Einrichtung zur Luftzufuhr in die Oxidationsstufe weist über den Umfang der Oxidationsstufe verteilte, radial vorstehende Luftdüsen mit zusätzlichen, in Umfangsrichtung ausgerichteten Luftöffnungen auf, um die Oxidationsstufe möglichst gleichmäßig mit Luftsauerstoff zur unterstöchiometrischen Verbrennung des stückeligen Holzes zu versorgen. Da dabei das Volumen des Pyrolyseguts erheblich abnimmt, wird zwischen der Oxidationsstufe und der Reduktionsstufe eine Einschnürung vorgesehen, die für einen kontinuierlichen Durchsatz des Pyrolyseguts sorgen soll, aber die Gefahr eines Gutstaus mit sich bringt, zumal die radial in den Gutstrom ragenden Luftdüsen ein zusätzliches Strömungshindernis darstellen. For gasifying, in particular chubby wood, it is known ( DE 20 2007 002 014 U1 ), to use a reactor comprising a feedable with lumpy wood oxidation state and a downstream of the oxidation step reduction step. The device for supplying air into the oxidation stage has, distributed over the circumference of the oxidation stage, radially projecting air nozzles with additional, aligned in the circumferential direction air openings in order to provide the oxidation state as evenly as possible with atmospheric oxygen for stoichiometric combustion of the lumpy wood. Since the volume of the pyrolysis material decreases considerably, a constriction is provided between the oxidation stage and the reduction stage, which is intended to ensure a continuous throughput of pyrolysis, but brings with it the risk of jams, especially as the radially projecting into the Gutstrom air nozzles an additional flow obstacle represent.

Um den unkontrollierbaren Falschlufteintrag bei einer üblichen Beschickung des die Oxidationsstufe bildenden Füllschachts des Reaktors von oben zu vermeiden, mündet die Förderschnecke für die Beschickung des Reaktors mit stückeligem Holz seitlich in der Umfangswand des Füllschachts, wobei die Förderschnecke an einen Zwischenspeicher angeschlossen ist, der über einen luftdichten Abschluss mit dem stückeligen Holz beschickt werden kann. Damit kann zwar die unkontrollierte Zufuhr von Falschluft vermieden werden, doch berücksichtigt die Vermeidung von Falschluft nur eines der für eine gute Vergasung der Biomasse wesentlichen Kriterien. In order to avoid the uncontrollable Falcksufteintrag at a conventional loading of the oxidation stage forming the reactor shaft from above, the feed screw for feeding the reactor with lumpy wood opens laterally in the peripheral wall of the hopper, wherein the screw conveyor is connected to a buffer, which via a airtight conclusion can be fed with the lumpy wood. Thus, although the uncontrolled supply of false air can be avoided, but considers the prevention of false air only one of the essential criteria for a good gasification of the biomass criteria.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Reaktor zum Vergasen von Biomasse so auszugestalten, dass die für eine gute Vergasung wesentlichen Bedingungen mit einfachen konstruktiven Maßnahmen vorteilhaft erfüllt werden können. The invention is therefore based on the object, a reactor for gasification of biomass in such a way that the conditions essential for good gasification can be advantageously met with simple design measures.

Ausgehend von einem Reaktor der eingangs geschilderten Art löst die Erfindung die gestellte Aufgabe dadurch, dass die Oxidationsstufe eine in die Reduktionsstufe mündende, einen koaxialen Kern umschließende Ringkammer bildet und dass sich die entlang wenigstens einer der beiden Umfangswände der Ringkammer angeordneten Düsenöffnungen der Luftzufuhreinrichtung zu wenigstens einem Düsenring ergänzen. Based on a reactor of the type described above, the invention solves the stated object in that the oxidation stage forms an opening into the reduction stage, a coaxial core surrounding annular chamber and that along at least one of the two peripheral walls of the annular chamber arranged nozzle openings of the air supply to at least one Complete nozzle ring.

Durch das Vorsehen einer Ringkammer für die Oxidationsstufe werden vorteilhafte konstruktive Voraussetzungen für eine über den Querschnitt des zu vergasenden Gutstroms gleichmäßige Luftzufuhr geschaffen, wenn sich die Düsenöffnungen der Luftzufuhreinrichtung zu einem Düsenring ergänzen, der sich entlang wenigstens einer der beiden Umfangswände der Ringkammer ergibt. Die Anordnung der Düsenöffnungen entlang einer Umfangswand der Ringkammer vermeidet radial in die Ringkammer vorstehende Düsen, sodass die Luftzufuhreinrichtung den Strömungswiderstand der zu vergasenden Biomasse während des Durchsatzes durch die Oxidationszone nicht beeinträchtigen kann, zumal der Gutstrom durch den Kern auf eine größere Umfangslänge verteilt wird. Außerdem kann für einen geforderten Querschnitt der Oxidationsstufe die Breite der Ringkammer bei einer entsprechenden Durchmesserwahl vergleichsweise klein gehalten werden, was für eine gleichmäßige Luftzufuhr zum Gutstrom von Bedeutung ist. By providing an annular chamber for the oxidation stage advantageous structural conditions for a uniform over the cross section of the gas stream to be gasified air supply created when the nozzle openings of the air supply to a nozzle ring, which results along at least one of the two peripheral walls of the annular chamber. The arrangement of the nozzle openings along a peripheral wall of the annular chamber avoids radially projecting into the annular chamber nozzles, so that the air supply means can not affect the flow resistance of the biomass to be gasified during the flow through the oxidation zone, especially since the material flow is distributed through the core to a greater circumferential length. In addition, for a required cross section of the oxidation stage, the width of the annular chamber can be kept comparatively small with a corresponding choice of diameter, which is important for a uniform air supply to the material flow.

Besonders vorteilhafte Verhältnisse für die Luftzufuhr in der Oxidationsstufe ergeben sich, wenn die Luftzufuhreinrichtung auf der inneren, durch den Kern gebildeten Umfangswand der Ringkammer vorgesehen und an eine Luftleitung innerhalb des Kerns angeschlossen ist. Die Strömungsbedingungen für die von der inneren Umfangswand radial in die Ringkammer eingeblasenen Luft unterstützen die gleichmäßige Luftverteilung über den Strömungsquerschnitt der Ringkammer aufgrund des sich radial nach außen erweiternden Querschnitts, wobei die Anordnung der Luftleitung innerhalb des Kerns sicherstellt, dass der Gutstrom unbehindert durch solche Luftleitungen die Oxidationsstufe durchsetzen kann. Particularly advantageous conditions for the air supply in the oxidation state arise when the air supply device is provided on the inner, formed by the core peripheral wall of the annular chamber and connected to an air line within the core. The flow conditions for the air blown radially into the annular chamber from the inner peripheral wall promote uniform air distribution across the flow area of the annular chamber due to the radially outwardly flared cross-section, the arrangement of the air duct within the core ensuring that the flow of good unobstructed by such air ducts Oxidation stage can prevail.

Durchsetzt der Kern der Ringkammer die Reduktionsstufe koaxial, so wird auch die zu vergasende Biomasse in der Reduktionsstufe in einem Ringraum aufgenommen. Dazu kommt, dass die durch den Kern geführte Luft vorgewärmt und damit auf den Temperaturverlauf in der Oxidationsstufe Einfluss genommen wird. If the core of the annular chamber penetrates the reduction stage coaxially, the biomass to be gasified is also taken up in the reduction stage in an annular space. In addition, the air guided through the core is preheated and thus influenced by the temperature profile in the oxidation stage.

Besonders vorteilhafte Vergasungsbedingungen ergeben sich in diesem Zusammenhang, wenn der die Reduktionsstufe durchsetzende Kern einen Schneckenförderer aufnimmt, dessen oberes Austragsende in die Ringkammer mündet. In diesem Fall kann nämlich die zu vergasende Biomasse durch das Pyrolysegut in der Reduktionsstufe bereits auf eine Temperatur aufgewärmt werden, bei der der Pyrolysevorgang eingeleitet wird, bevor der Gutstrom in die die Oxidationsstufe bildende Ringkammer ausgefördert wird. Der hierfür benötigte Sauerstoff wird durch die mit der stückeligen Biomasse geförderte Luft zur Verfügung gestellt, die im Bedarfsfall entsprechend gesteuert werden kann. Aufgrund dieses Umstands ergeben sich innerhalb der die Oxidationsstufe bildenden Ringkammer bei einer darauf Bedacht nehmenden Luftzufuhr besonders günstige Vergasungsbedingungen innerhalb des Gutstroms durch die Oxidationsstufe. Wegen der Einleitung des Oxidationsvorgangs schon während der Zufuhr der Biomasse zu der Ringkammer bleibt auch die Volumensverringerung beschränkt, sodass mit kleineren Kegelwinkeln im Übergangsbereich von der Oxidationsstufe zur Reduktionsstufe das Auslangen gefunden wird und davon abhängig der Gefahr von Förderstaus zusätzlich begegnet wird. Die gegenüber der Oxidationsstufe erweiterte Reduktionsstufe sorgt dann für eine weitgehende Vergasung der Biomasse unter einer vorteilhaften Ausnützung der zugeführten Biomasse. Die an die Luftzufuhreinrichtung angeschlossene Luftleitung kann dabei vorteilhaft das Schneckengehäuse koaxial umschließen. Particularly advantageous gasification conditions arise in this context when the core passing through the reduction stage receives a screw conveyor whose upper discharge end discharges into the annular chamber. In this case, namely, the biomass to be gasified can already be heated by the pyrolysis in the reduction stage to a temperature at which the pyrolysis is initiated before the material flow is discharged into the annular chamber forming the oxidation stage. The oxygen required for this purpose is made available by the air conveyed with the lumpy biomass, which can be appropriately controlled if necessary. Because of this Circumstances arise within the annular chamber forming the oxidation stage with a favorable consideration air supply particularly favorable gasification conditions within the flow of good through the oxidation state. Because of the initiation of the oxidation process already during the supply of biomass to the annular chamber and the volume reduction remains limited, so with smaller cone angles in the transition region from the oxidation state to the reduction stage, the Auslangen is found and dependent on the risk of congestion is additionally met. The reduction stage, which is extended in comparison to the oxidation stage, then ensures that the biomass is largely gasified while advantageously utilizing the supplied biomass. The air line connected to the air supply device can advantageously enclose the screw housing coaxially.

Obwohl es durchaus möglich ist, den Düsenring der Luftzufuhreinrichtung aus einzelnen Düsenöffnungen in der Umfangswand der Ringkammer zu bilden, ergeben sich günstige Konstruktionsbedingungen, wenn die Düsenöffnungen zu einer durchgehenden Ringdüse verbunden werden. Zur Steuerung der in die Oxidationsstufe eingeblasenen Luft können die Düsenöffnungen der Luftzufuhreinrichtung verstellbar ausgebildet sein, was zusammen mit der jeweiligen Fördermenge eine entsprechende Einflussnahme auf die Strömungsverhältnisse in der Ringkammer erlaubt. Although it is quite possible to form the nozzle ring of the air supply means of individual nozzle openings in the peripheral wall of the annular chamber, favorable design conditions arise when the nozzle openings are connected to a continuous annular nozzle. In order to control the air blown into the oxidation stage, the nozzle openings of the air supply device can be designed to be adjustable, which, together with the respective flow rate, allows a corresponding influence on the flow conditions in the annular chamber.

Wird die Ringkammer von oben beschickt, so kann die Ringkammer mit einem an einen Förderer angeschlossenen Beschickungsschacht versehen sein, der allerdings luftdicht abzuschließen ist, wenn nicht über diesen Beschickungsschacht die Zufuhr von Falschluft in Kauf genommen werden soll. Zu diesem Zweck kann dem Beschickungsschacht eine Schleuse vorgeordnet werden, die zwischen einem eingangsseitigen Zellenrad und einer ausgangsseitigen Absperreinrichtung einen Spülluftanschluss aufweist. Das Zellenrad erlaubt in diesem Zusammenhang eine kontinuierliche Beschickung der Oxidationsstufe über den Beschickungsschacht, während der Spülluftanschluss dafür sorgt, dass bei geöffneter Absperreinrichtung kein Prozessgas aus dem Reaktor über den Beschickungsschacht entweichen kann. Über den Spülluftanschluss kann außerdem die mit dem zu vergasenden Gut eingetragene Luft den jeweiligen Anforderungen entsprechend dosiert werden. Die zwischen dem Beschickungsschacht und dem Zellenrad vorgesehene Absperreinrichtung kann unterschiedlich ausgeführt werden und beispielsweise aus einem Kugelhahn bestehen. Es ist aber auch selbstverständlich möglich, anstelle des Kugelhahns eine weiteres Zellenrad vorzusehen oder einer Schleuse aus zwei Zellenrädern auf der Seite des Beschickungsschachts einen Kugelhahn nachzuschalten. Wird die zu vergasende Biomasse über einen Schneckenförderer durch den Kern der Ringkammer zugeführt, so kann dem Schneckenförderer ebenfalls eine Schleuse mit gleichem Aufbau vorgeschaltet werden, um eine entsprechende Steuerung der mit der Biomasse in die Ringkammer eingetragenen Luft sicherzustellen. If the annular chamber is charged from above, then the annular chamber may be provided with a feed shaft connected to a conveyor, which, however, must be hermetically sealed, if the feed of false air is not to be accepted via this feed shaft. For this purpose, the feeder shaft may be preceded by a lock which has a scavenging air connection between an input-side cellular wheel and an output-side shut-off device. The feeder allows in this context a continuous feed of the oxidation state via the feed shaft, while the purge air connection ensures that when the shut-off device is open no process gas can escape from the reactor via the feed shaft. In addition, the air introduced with the gas to be gasified can be metered in according to the respective requirements via the scavenging air connection. The provided between the feed shaft and the star feeder shut-off can be performed differently and consist for example of a ball valve. However, it is of course also possible to provide a further cellular wheel instead of the ball valve or to connect a lock of two cellular wheels on the side of the charging shaft to a ball valve. If the biomass to be gasified fed through a screw conveyor through the core of the annular chamber, the screw conveyor can also be preceded by a lock with the same structure to ensure appropriate control of the registered with the biomass in the annular chamber air.

Der Gutstock in der Reduktionsstufe kann vorteilhaft auf einem Boden abgestützt werden, über dem koaxial zum Kern der Ringkammer antreibbare Austragsarme vorgesehen sind, sodass die Pyrolyserückstände über die Austragsarme radial nach außen ausgetragen werden können, und zwar mit dem Vorteil, dass durch die dadurch bedingte Gutförderung der Gutstock bewegt wird und damit Einfluss auf die Dichte des Gutstocks in der Reduktionsstufe genommen werden kann, um jeweils günstige Voraussetzungen für eine weitgehende Vergasung der Biomasse zu schaffen. Dies gelingt insbesondere, wenn der Boden mit einem Rüttelantrieb verbunden ist, der das Setzverhalten des Gutstocks in der Reduktionsstufe mitbestimmt. The Gutstock in the reduction stage can be advantageously supported on a floor over which coaxial to the core of the annular chamber driven Austragsarme are provided so that the pyrolysis residues can be discharged via the Austragsarme radially outward, with the advantage that by the consequent Gutförderung the Gutstock is moved and thus influence on the density of the crop in the reduction stage can be taken in order to create favorable conditions for a large-scale gasification of the biomass. This is possible in particular when the bottom is connected to a vibrating drive, which determines the setting behavior of the crop in the reduction stage.

Die Pyrolyserückstände, die von den Austragsarmen radial nach außen aus dem Bodenbereich der Reduktionsstufe ausgetragen werden, können vorteilhaft in einer ringförmigen Austragskammer gesammelt werden, die gegenüber der Reduktionsstufe durch eine zylindrische Lochwand getrennt ist. Die Lochwand verhindert einerseits den Austritt grobstückeliger Pyrolyserückstände in die Austragskammer und erlaubt anderseits den Durchtritt des Produktgases in die Austragskammer oberhalb der Austragsarme, sodass das Produktgas über die Austragskammer abgeleitet werden kann. The pyrolysis residues, which are discharged from the discharge arms radially outward from the bottom portion of the reduction stage, can be advantageously collected in an annular discharge chamber, which is separated from the reduction stage by a cylindrical hole wall. On the one hand, the perforated wall prevents the escape of coarse pyrolysis residues into the discharge chamber and, on the other hand, permits the passage of the product gas into the discharge chamber above the discharge arms, so that the product gas can be discharged via the discharge chamber.

Zu diesem Zweck kann das mit einem Wärmeträger gefüllte, doppelwandige Gehäuse des Reaktors von an die ringförmige Austragskammer angeschlossenen Leitungsrohren für das Produktgas durchsetzt sein. Diese Anordnung ermöglicht eine Kühlung des Produktgases, wobei der Wärmeaustausch durch in die Leitungsrohre eingesetzte, wendelförmige Wirbeleinsätze unterstützt werden kann. Diese Wirbeleinsätze können außerdem dazu benützt werden, die Leitungsrohre für das Produktgas zu reinigen, indem die wendelförmigen Wirbeleinsätze axial auf- und abbewegt werden. Diese axiale Reinigungsbewegung kann in konstruktiv einfacher Weise von den angetriebenen Austragsarmen abgeleitet werden, wenn sich die wendelförmigen Wirbeleinsätze auf einer mit den Austragsarmen umlaufenden Nockenbahn abstützen und entsprechend dem Verlauf der Nockenbahn verstellt werden. For this purpose, the filled with a heat transfer, double-walled housing of the reactor may be penetrated by connected to the annular discharge chamber pipes for the product gas. This arrangement allows cooling of the product gas, wherein the heat exchange can be supported by inserted into the pipes, helical vortex inserts. These swirl inserts can also be used to clean the product gas tubes by axially moving the helical swirl inserts up and down. This axial cleaning movement can be derived in a structurally simple manner from the driven discharge arms, when the helical vertebral inserts are supported on a cam track circulating with the discharge arms and adjusted according to the course of the cam path.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen In the drawing, the subject invention is shown, for example. Show it

1 einen erfindungsgemäßen Reaktor zum Vergasen von Biomasse in einem schematischen Axialschnitt, 1 a reactor according to the invention for gasification of biomass in a schematic axial section,

2 eine Konstruktionsvariante eines erfindungsgemäßen Reaktors in einem schematischen Axialschnitt und 2 a construction variant of a reactor according to the invention in a schematic axial section and

3 den Reaktor nach der 2 mit einer zusätzlichen Beschickungsmöglichkeit von oben, ebenfalls in einem Axialschnitt. 3 the reactor after the 2 with an additional possibility of loading from above, also in an axial section.

Der Reaktor zum Vergasen von Biomasse, insbesondere von Hackgut, gemäß der 1 weist ein doppelwandiges Gehäuse 1 auf, das oberhalb eines Bodens 2 eine Reduktionsstufe 3 bildet. Oberhalb der Reduktionsstufe 3 ist eine Oxidationsstufe 4 vorgesehen, die durch eine Ringkammer 5 zwischen einer äußeren Umfangswand 6 und einem zur äußeren Umfangswand 6 koaxialen Kern 7 gebildet wird. Dieser Kern 7 durchsetzt gemäß der Ausführungsform nach der 1 die Reduktionsstufe 3 und bildet eine Luftleitung 8 zur Versorgung einer Luftzufuhreinrichtung 9 auf der inneren, durch den Kern 7 gebildeten Umfangswand 6 der Ringkammer 5. Im Übergangsbereich von der Oxidationsstufe 4 zur Reduktionsstufe 3 weist die äußere Umfangswand 6 der Ringkammer 5 einen konischen Abschnitt 10 auf. Die Reduktionsstufe 3 erweitert sich somit gegenüber der Oxidationsstufe 4, wobei der Durchmesser der Reduktionsstufe 3 vorzugsweise zumindest eineinhalb Mal so groß wie der kleinste Außendurchmesser der Ringkammer 5 gewählt wird. The reactor for gasifying biomass, in particular wood chips, according to the 1 has a double-walled housing 1 on top of a floor 2 a reduction stage 3 forms. Above the reduction stage 3 is an oxidation state 4 provided by an annular chamber 5 between an outer peripheral wall 6 and one to the outer peripheral wall 6 coaxial core 7 is formed. This core 7 interspersed according to the embodiment of the 1 the reduction stage 3 and forms an air line 8th for supplying an air supply device 9 on the inside, through the core 7 formed peripheral wall 6 the annular chamber 5 , In the transition region of the oxidation state 4 to the reduction stage 3 has the outer peripheral wall 6 the annular chamber 5 a conical section 10 on. The reduction stage 3 thus expands towards the oxidation state 4 where the diameter of the reduction stage 3 preferably at least one and a half times as large as the smallest outer diameter of the annular chamber 5 is selected.

Die für unterstöchiometrische Oxidation der Biomasse benötigte Luft wird über die Luftzufuhreinrichtung 9 in die Oxidationsstufe 4 geblasen. Diese Luftzufuhreinrichtung 9 ist mit einer sich in die Ringkammer 5 öffnenden Ringdüse 11 versehen, die über die Luftleitung 8 angespeist wird. Da der Kern 7 und damit die Luftleitung 8 die Reduktionsstufe 3 durchsetzen, wird die für die Oxidationsstufe 4 erforderliche Luft erwärmt, was vorteilhafte Pyrolysebedingungen schafft. The air needed for substoichiometric oxidation of the biomass is supplied via the air supply device 9 into the oxidation state 4 blown. This air supply device 9 is with one in the ring chamber 5 opening ring nozzle 11 provided by the air line 8th is fed. Because the core 7 and with it the air line 8th the reduction stage 3 enforce, which is for the oxidation state 4 heated air required, which creates advantageous pyrolysis conditions.

Das Gewicht des Gutstocks in der Reduktionstufe 3 wird vom Boden 2 des Reaktors aufgenommen. Zum Austragen der Pyrolyserückstände dienen koaxial zum Kern 7 der Ringkammer 5 antreibbare Austragsarme 12, die oberhalb einer gehäusefesten Abdeckung 13 angeordnet sind und über einen unterhalb der Abdeckung 13 vorgesehenen Zahnkranz 14 angetrieben werden können, der mit einem von einem Motor 15 angetriebenen Ritzel 16 kämmt. Die Abdeckung 13 weist an ihrem Außenumfang eine zylindrische Lochwand 17 auf, die eine die Austragsarme 12 umschließende, ringförmige Austragskammer 18 gegenüber der Reduktionsstufe 3 abschließt. Die Austragskammer 18 selbst schließt wiederum das doppelwandige Gehäuse 1 des Reaktors nach unten ab. Das mit einem Wärmeträger, vorzugsweise Wasser, gefüllte doppelwandige Gehäuse 1 wird von Leitungsrohren 19 durchsetzt, die über den Umfang des Reaktors verteilt angeordnet und an die Austragskammer 18 angeschlossen sind, um das über die Lochwand 17 aus der Reduktionsstufe 3 austretende Produktgas unter einer Abkühlung auszufördern. Das Produktgas wird dann über eine an die Leitungsrohre 19 angeschlossene, aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellte Sammelleitung abgeführt. The weight of the Gutstocks in the reduction stage 3 gets off the ground 2 of the reactor. To discharge the pyrolysis residues are coaxial with the core 7 the annular chamber 5 drivable discharge arms 12 , which are above a housing-fixed cover 13 are arranged and above one below the cover 13 provided ring gear 14 can be powered by one of a motor 15 driven pinion 16 combs. The cover 13 has on its outer circumference a cylindrical hole wall 17 on, one the discharge arms 12 enclosing, annular discharge chamber 18 opposite the reduction stage 3 concludes. The discharge chamber 18 itself in turn closes the double-walled housing 1 of the reactor down. The filled with a heat transfer medium, preferably water, double-walled housing 1 is made of pipes 19 interspersed, which is distributed over the circumference of the reactor and sent to the discharge chamber 18 connected to the hole wall 17 from the reduction stage 3 exiting product gas under a cooling auszufördern. The product gas is then transferred to the pipes 19 connected, not shown for reasons of clarity removed manifold.

Um den Wärmeaustausch zwischen dem Produktgas und dem Wärmeträger innerhalb des doppelwandigen Gehäuses 1 zu verbessern, sind in den Leitungsrohren 19 wendelförmige Wirbeleinsätze 20 vorgesehen, die für eine entsprechende Verwirbelung des die Leitungsrohre 19 durchströmenden Produktgases sorgen. Diese Wirbeleinsätze 20 können vorteilhaft auch zur Reinigung der Leitungsrohre 19 genützt werden, wenn die in den Leitungsrohren 19 axial verschiebbar gehaltenen Wirbeleinsätze 20 sich auf einer umlaufenden Nockenbahn 21 abstützen, die mit den Austragsarmen 12 antriebsverbunden sind. Zu diesem Zweck sind an der die Austragsarme 12 tragenden Nabe 22 Verlängerungsansätze 23 einer unterhalb der Abdeckung 13 verlaufenden Nabenscheibe vorgesehen. To the heat exchange between the product gas and the heat transfer within the double-walled housing 1 are in the pipes 19 helical vertebral inserts 20 provided for a corresponding swirling of the pipes 19 ensure flowing product gas. These vertebrae inserts 20 can also be beneficial for cleaning the pipes 19 be used when in the pipes 19 axially displaceable held vertebrae inserts 20 on a revolving cam track 21 support, with the discharge arms 12 are drive connected. For this purpose are at the Austragsarme 12 carrying hub 22 extension approaches 23 one below the cover 13 extending hub disc provided.

Die Pyrolyserückstände werden mit Hilfe der Austragsarme 12 entlang der Abdeckung 13 durch die Lochwand 17 in die Austragskammer 18 ausgetragen, um über einen an die Austragskammer 18 angeschlossenen Fallschacht 24 abgefördert zu werden. Mitnehmer 25 an den Verlängerungsansätzen 23 sorgen für eine Förderung der Pyrolyserückstände innerhalb der Austragskammer 18 zum Fallschacht 24. The pyrolysis residues are removed by means of the discharge arms 12 along the cover 13 through the hole wall 17 in the discharge chamber 18 discharged to one to the discharge chamber 18 connected chute 24 to be promoted. takeaway 25 on the extension approaches 23 provide for the promotion of pyrolysis residues within the discharge chamber 18 to the chute 24 ,

Durch die umlaufenden Austragarme 12 wird auf die Bewegung des Pyrolyseguts beim Durchsetzen der Reduktionsstufe 3 Einfluss genommen, wobei mit Hilfe eines Rüttelantriebs 26 für den Boden 2 im Zusammenwirken mit den Austragsarmen 12 eine jeweils vorteilhafte Dichte des Pyrolyseguts in der Reduktionsstufe 3 eingestellt werden kann. Through the rotating discharge arms 12 is due to the movement of the pyrolysis product in enforcing the reduction stage 3 Influence, with the help of a Rüttelantriebs 26 for the ground 2 in cooperation with the discharge arms 12 a respective advantageous density of the pyrolysis in the reduction stage 3 can be adjusted.

Zur Beschickung des Reaktors mit einer zu vergasenden Biomasse ist oberhalb der Ringkammer 5 ein Beschickungsschacht 27 vorgesehen, dem eine Schleuse 28 vorgeschaltet ist. Diese Schleuse 28 weist eingangsseitig ein Zellenrad 29 und ausgangsseitig eine Absperreinrichtung 30 auf, die vorteilhaft ebenfalls als Zellenrad ausgebildet ist, was jedoch keineswegs zwingend ist. Zwischen dem Zellenrad 29 und der Absperreinrichtung 30 ist die Schleuse 28 mit einem Spülluftanschluss 31 versehen. Über diesen Spülluftanschluss 31 kann die der Oxidationsstufe 4 mit der zu vergasenden Biomasse zugeförderte Luft dosiert werden. Außerdem verhindert diese Luft ein Entweichen des Produktgases aus dem Reaktor über den Beschickungsschacht 27. To feed the reactor with a biomass to be gasified is above the annular chamber 5 a loading shaft 27 provided a lock 28 upstream. This lock 28 has on the input side a cellular wheel 29 and on the output side a shut-off device 30 which is advantageously also designed as a cellular wheel, but this is by no means mandatory. Between the cell wheel 29 and the shut-off device 30 is the lock 28 with a purge air connection 31 Mistake. About this purge air connection 31 can be the oxidation state 4 be metered with the gas to be gasified fed air. In addition, this air prevents an escape of the product gas from the reactor via the feed shaft 27 ,

Wie der 1 entnommen werden kann, braucht der Kern 7 die Reduktionsstufe 3 nicht zu durchsetzen, sondern könnte auch mit dem konischen Abschnitt 10 der äußeren Umfangswand 6 der Ringkammer 5 enden. In diesem Fall wäre die Luftleitung 8 zur Versorgung der Luftzufuhreinrichtung 9 durch den Beschickungsschacht 27 zuführen, wie dies in der 1 strichpunktiert angedeutet ist. Again 1 can be taken, the core needs 7 the reduction stage 3 not to prevail, but could also be with the conical section 10 the outer peripheral wall 6 the annular chamber 5 end up. In this case would be the air line 8th for supplying the air supply device 9 through the loading shaft 27 like this in the 1 indicated by dash-dotted lines.

Aufgrund der Vorwärmung der Luft für die Oxidationsstufe 4 über die durch die Reaktionsstufe 3 geführte Luftleitung 8 kann die Gefahr bestehen, dass die Temperatur in der Oxidationsstufe 4 über einen optimalen Bereich hinaus ansteigt. Um eine vorteilhafte Temperaturführung innerhalb der Oxidationsstufe 4 zu erreichen, kann daher über eine Ringdüse 32 im konischen Abschnitt 10 der Ringkammer 5 kühle Luft in die Oxidationsstufe 4 geblasen werden, und zwar in Abstimmung mit der über die Luftzufuhreinrichtung 9 zugeführten Blasluft. Zu diesem Zweck kann die Ringdüse 32 über einen Ringraum 33 mit Zuluft gespeist werden. Anstelle einer Ringdüse 32 kann auch ein Ring aus einzelnen Düsenöffnungen vorgesehen sein, wobei zur Verteilung der Luftzufuhr über die Höhe der Oxidationsstufe 4 auch mehrere solcher Ringe aus einzelnen Düsenöffnungen angeordnet sein können. Due to the preheating of the air for the oxidation stage 4 over through the reaction stage 3 guided air line 8th There may be a risk that the temperature in the oxidation state 4 rises beyond an optimal range. To an advantageous temperature control within the oxidation state 4 It is therefore possible to use an annular nozzle 32 in the conical section 10 the annular chamber 5 cool air into the oxidation state 4 be blown in accordance with the air supply device 9 supplied blowing air. For this purpose, the ring nozzle 32 over an annulus 33 be supplied with supply air. Instead of an annular nozzle 32 may also be provided a ring of individual nozzle openings, wherein the distribution of the air supply over the height of the oxidation state 4 It is also possible for a plurality of such rings to be arranged from individual nozzle openings.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach der 2 wird die zu vergasende Biomasse durch die Reduktionsstufe 3 in die Ringkammer 5 der Oxidationsstufe 4 gefördert. Zu diesem Zweck ist der Kern 7 mit einem Schneckenförderer 34 versehen, dessen oberes Austragsende in die Ringkammer 5 der Reduktionsstufe 3 mündet. Die Luftleitung 8 für die Luftzufuhreinrichtung 9 umschließt demnach den Schneckenförderer 34 koaxial. Aufgrund der Temperaturverhältnisse im Bereich der Reduktionsstufe 3 wird somit die zu vergasende Biomasse auf eine Temperatur vorgewärmt, bei der bereits die Pyrolyse unter Ausnützung des Sauerstoffs der im Gutstrom enthaltenen Luft eingeleitet wird, sodass sich in der Oxidationsstufe 4 besonders gleichmäßige Vergasungsbedingungen erreichen lassen, zumal aufgrund der Vorwärmung der Biomasse bereits eine Volumenreduktion eintritt, die es erlaubt, den Kegelwinkel des konischen Abschnitts 10 der Ringkammer 5 vergleichsweise klein zu halten. Damit kann nicht nur die Staugefahr des die Ringkammer 5 durchsetzenden Pyrolyseguts vermieden, sondern auch eine besonders gleichmäßige Vergasung eingehalten werden, weil die Luftaufteilung über den Querschnitt der Ringkammer 5 weitgehend gleichmäßig erfolgt. According to the embodiment of the 2 the biomass to be gasified is through the reduction stage 3 in the ring chamber 5 the oxidation state 4 promoted. For this purpose is the core 7 with a screw conveyor 34 provided, the upper discharge end into the annular chamber 5 the reduction stage 3 empties. The air line 8th for the air supply device 9 accordingly encloses the screw conveyor 34 coaxial. Due to the temperature conditions in the area of the reduction stage 3 Thus, the biomass to be gasified is preheated to a temperature at which the pyrolysis is already initiated by utilizing the oxygen of the air contained in the stream, so that in the oxidation state 4 achieve particularly uniform gasification conditions, especially as due to the preheating of the biomass already enters a volume reduction, which allows the cone angle of the conical section 10 the annular chamber 5 comparatively small. Thus, not only the risk of stowage of the annular chamber 5 By avoiding pyrolysis good avoided, but also a particularly uniform gasification can be maintained, because the air distribution over the cross section of the annular chamber 5 largely uniform.

Wie aus der 3 ersichtlich ist, kann die Beschickung des Reaktors nicht nur über den Schneckenförderer 34, sondern zusätzlich über einen Beschickungsschacht 27 erfolgen, ähnlich wie dies im Zusammenhang mit der Ausführungsform eines Reaktors nach der 1 erläutert wurde. Eine solche zusätzliche Beschickung ermöglicht das Zuführen von zusätzlich zu vergasenden Stoffen bzw. das Zuführen von energiereicheren Stoffen. Like from the 3 As can be seen, the feed of the reactor can not only via the screw conveyor 34 but also via a loading shaft 27 take place, similar to that in connection with the embodiment of a reactor according to the 1 was explained. Such an additional feed allows the feeding of additional substances to be gasified or the supply of higher-energy substances.

Die Beschickung von oben durch den Beschickungsschacht 27 erfolgt wiederum über eine Schleuse 28 mit einem einlaufseitigen Zellenrad 29 und einer auslaufseitigen Absperreinrichtung 30, die als Kugelhahn ausgebildet wurde. Der Spülluftanschluss 31 ist in diesem Fall von besonderer Bedeutung. The feed from above through the loading shaft 27 again takes place via a lock 28 with an inlet side cellular wheel 29 and an outlet shut-off device 30 , which was designed as a ball valve. The purge air connection 31 is of particular importance in this case.

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Claims (13)

Reaktor zum Vergasen von Biomasse, insbesondere Holz, mit einer Oxidationsstufe (4), in der eine Luftzufuhreinrichtung (9) mit über den Umfang verteilten Düsenöffnungen mündet, und mit einer unten an die Oxidationsstufe (4) anschließenden, erweiterten Reduktionsstufe (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidationsstufe (4) eine in die Reduktionsstufe (3) mündende, einen koaxialen Kern (7) umschließende Ringkammer (5) bildet und dass sich die entlang wenigstens einer der beiden Umfangswände der Ringkammer (5) angeordneten Düsenöffnungen der Luftzufuhreinrichtung (9) zu wenigstens einem Düsenring ergänzen. Reactor for gasifying biomass, in particular wood, with an oxidation state ( 4 ), in which an air supply device ( 9 ) opens with circumferentially distributed nozzle openings, and one at the bottom of the oxidation stage ( 4 ) subsequent, extended reduction stage ( 3 ), characterized in that the oxidation state ( 4 ) one in the reduction stage ( 3 ), a coaxial core ( 7 ) enclosing annular chamber ( 5 ) and that along at least one of the two peripheral walls of the annular chamber ( 5 ) arranged nozzle openings of the air supply device ( 9 ) to complement at least one nozzle ring. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzufuhreinrichtung (9) auf der inneren, durch den Kern (7) gebildeten Umfangswand der Ringkammer (5) vorgesehen und an eine Luftleitung (8) innerhalb des Kerns (7) angeschlossen ist. Reactor according to claim 1, characterized in that the air supply device ( 9 ) on the inner, through the core ( 7 ) formed peripheral wall of the annular chamber ( 5 ) and to an air line ( 8th ) within the core ( 7 ) connected. Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (7) der Ringkammer (5) die Reduktionsstufe (3) koaxial durchsetzt. Reactor according to claim 1 or 2, characterized in that the core ( 7 ) of the annular chamber ( 5 ) the reduction stage ( 3 ) interspersed coaxially. Reaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (7) einen Schneckenförderer (34) aufnimmt, dessen oberes Austragsende in die Ringkammer (5) mündet. Reactor according to claim 3, characterized in that the core ( 7 ) a screw conveyor ( 34 ), whose upper discharge end into the annular chamber ( 5 ) opens. Reaktor nach den Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die an die Luftzufuhreinrichtung (9) angeschlossene Luftleitung (8) den Schneckenförderer (34) umschließt. Reactor according to claims 2 and 4, characterized in that the to the air supply means ( 9 ) connected air line ( 8th ) the screw conveyor ( 34 ) encloses. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenöffnungen der Luftzufuhreinrichtung (9) zu einer Ringdüse (11) verbunden sind. Reactor according to one of claims 1 to 5, characterized in that the nozzle openings of the air supply device ( 9 ) to an annular nozzle ( 11 ) are connected. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenöffnungen der Luftzufuhreinrichtung (9) verstellbar sind. Reactor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the nozzle openings of the air supply device ( 9 ) are adjustable. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkammer (5) mit einem an einen Förderer angeschlossenen Beschickungsschacht (27) versehen ist. Reactor according to one of claims 1 to 7, characterized in that the annular chamber ( 5 ) with a feed shaft connected to a conveyor ( 27 ) is provided. Reaktor nach Anspruch 4 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schneckenförderer (34) und/oder dem Beschickungsschacht (27) eine Schleuse (28) vorgeordnet ist, die zwischen einem eingangsseitigen Zellenrad (29) und einer ausgangsseitigen Absperreinrichtung (30) einen Spülluftanschluss (31) aufweist. Reactor according to claim 4 or 8, characterized in that the screw conveyor ( 34 ) and / or the loading shaft ( 27 ) a lock ( 28 ), which is arranged between an input-side cellular wheel ( 29 ) and an output-side shut-off device ( 30 ) a purge air connection ( 31 ) having. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Reduktionsstufe (3) bodenseitig koaxial zum Kern (7) der Ringkammer (5) antreibbare Austragsarme (12) zugeordnet sind. Reactor according to one of claims 1 to 9, characterized in that the reduction stage ( 3 ) at the bottom coaxial with the core ( 7 ) of the annular chamber ( 5 ) drivable discharge arms ( 12 ) assigned. Reaktor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass außen an die Austragsarme (12) eine ringförmige Austragskammer (18) anschließt, die gegenüber der Reduktionsstufe (3) durch eine zylindrische Lochwand (17) getrennt ist. Reactor according to claim 10, characterized in that on the outside of the discharge arms ( 12 ) an annular discharge chamber ( 18 ), which are opposite to the reduction stage ( 3 ) through a cylindrical perforated wall ( 17 ) is disconnected. Reaktor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das mit einem Wärmeträger gefüllte, doppelwandige Gehäuse (1) des Reaktors von an die ringförmige Austragskammer (18) angeschlossenen Leitungsrohren (19) für das Produktgas durchsetzt ist. Reactor according to claim 11, characterized in that the filled with a heat carrier, double-walled housing ( 1 ) of the reactor from to the annular discharge chamber ( 18 ) connected pipes ( 19 ) is permeated for the product gas. Reaktor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsrohre (19) für das Produktgas axial verschiebbare, wendelförmige Wirbeleinsätze (20) aufweisen, die sich auf einer mit den Austragsarmen (12) umlaufenden Nockenbahn (21) abstützen. Reactor according to claim 12, characterized in that the conduits ( 19 ) for the product gas axially displaceable, helical vertebral inserts ( 20 ), which are located on one with the Austragsarmen ( 12 ) circumferential cam track ( 21 ).
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