BESCHREIBUNG

Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Gleichstrom- Festbettvergaser zum Erzeugen eines Produktgases aus schüttbaren Biomasseteilchen, insbesondere faserhaltiger oder Schlacke bildender Stoffe. Der Festbettvergaser hat eine Ausbildung nach dem Oberbegriff des eigenständigen Sachanspruchs . Der Festbettvergaser ist insbesondere dazu vorgesehen und ausgebildet, ein Produktgas für ein

Blockheizkraftwerk bereit zu stellen.

Die Offenbarung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb des Festbettvergasers und zur Bereitstellung eines Produktgases aus schüttbaren Biomasseteilchen.

Holzbrennstoffe werden teurer und sind nicht in allen Gebieten der Erde ausreichend verfügbar. Dahingegen stehen viele faserige und halmhaltige Stoffe, auch als Abfallstoffe, z. B. als Ernteabfälle, in ausreichendem Maße zur Verfügung. In großen Anlagen werden diese

Stoffe, auch in Vergasungsanlagen, zur Erzeugung von Strom und Wärme genutzt. Die dabei teils in größeren Mengen anfallende Schlacke wird bei hohen Temperaturen flüssig abgeführt. Für kleine dezentrale

Blockheizkraftwerke (BHKW) ist dies jedoch nicht

wirtschaftlich . Beispiele für faserige und halmhaltige Stoffe sind so genannte „Empty Fruit Bunches" (EFB) , die in großen

Mengen bei der Palmölproduktion anfallen, sowie Gräser wie Napiergras oder Miscanthus, die u. a. als

Energiepflanzen angebaut werden.

Die bisher bekannten Festbettvergaser sind nicht optimal ausgebildet .

Eine Übersicht zum Thema Festbettvergasung von

Biomasseteilchen ist aus dem Vortrag „Festbett-Vergasung — Stand der Technik (Überblick) " von Lettner, Haselbacher und Timmerer auf der Tagung „ Thermo-chemische Biomasse- Vergasung für eine effiziente

Strom/Kraftstoffbereitstellung — Erkenntnisstand 2007" im Februar 2007 in Leipzig

(http : //www . holzgasj ournal . de/downioad/2_Stufen_vergaser_ l.pdf) bekannt. In dieser Übersicht ist ein

Gleichstromschachtvergaser erläutert, bei dem die

Biomasseteilchen von oben mit der Schwerkraft dem

Vergaserbehälter zugeführt werden. In einem solchen

Festbettvergaser bildet sich von oben nach unten die Trocknungs-, Pyrolyse-, Oxidations- und Reduktionszone aus, die Reduktionszone befindet sich unmittelbar über dem Rost. Der Produktgasabzug erfolgt aus dem Bereich des Vergaserbehälters unter dem Rost, in dem sich auch die durch den Rost fallende kleinteilige Asche ansammelt. Ein Gleichstromvergaser ist auch in der WO2016091835A1 erläutert . DE 377 222 A offenbart einen Treppenrost mit bewegten Schürrosten, der eine Einrichtung zur Verheizung von Brennstoffen weiterbildet. In der Heizeinrichtung wird eine brennende Masse, d.h. das Glutbett, ständig durch einen Treppenrost umgewälzt. Der Treppenrost weist mehrere separat bewegbare und in Stufen angeordneten Schürroste auf. Die Schürroste sind jeweils horizontal ausgerichtet und in der Horizontalrichtung bewegbar. Die Heizeinrichtung umfasst eine Vergasungskammer und eine schräg daneben liegende Nebenkammer, die durch eine

Staumauer separiert sind. Die Staumauer ragt in den

Brennstoff hinein. Unter der Staumauer wird durch den Treppenrost Brennmaterial zugefördert. In der Nebenkammer findet eine vollkommene Verbrennung des Brennstoffrestes bei starkem Luftüberschuss statt. Der Spalt zwischen der Staumauer und dem Treppenrost ist so gering bemessen, dass nur eine dünne BrennstoffSchicht hindurchkommen kann. Oberhalb des Treppenrostes ist eine

Beschickungseinrichtung mit einem separaten Rost

angeordnet. In der Nebenkammer ist oberhalb des

Stufenrostes eine Öffnung zu einer Gasleitung angeordnet. Die in der Nebenkammer entstehenden Gase werden durch die Gasleitung zu einem Raum geleitet, der unter dem

separaten Rost der Beschickungseinrichtung liegt.

DE 43 44 569 A offenbart einen Gegenstrom und Querstrom- Vergaser mit einem ähnlichen Rost, der als Stufenrost und Schubrost ausgebildet ist. Ein Brenngasabzug erfolgt über der oberen Stufe des Rostes. Aus DE 567 376 A ist eine Aschenaustragvorrichtung für einen Gaserzeuger bekannt, die einen in der Mitte

knickfähigen beweglichen Schrägrost umfasst. Das untere Ende des Schrägrosts ist mit Abstand zu allen Wandungen des Gaserzeugers angeordnet. Unterhalb des Rostes

befindet sich ein Wasserbecken zur Aufnahme von Schlacke und Brennasche.

DE 324 929 A zeigt zwei einander gegenüber liegende und schräg ausgerichtete Roste für einen Gaserzeuger, die entlang der Rostfläche bewegbar sind. Das Gehäuse des Gaserzeugers unterhalb der Roste ist geschlossen.

Aus US 5 226 927 ist ein Gegenstrom-Vergaser mit einem zylindrischen Aufbau bekannt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen

verbesserten Gleichstrom-Festbettvergaser aufzuzeigen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die

kennzeichnenden Merkmale der eigenständigen Ansprüche.

Der Festbettvergaser gemäß der vorliegenden Offenbarung weist einen Vergaserbehälter, eine Zuführung für

Biomasseteilchen im oberen Bereich des Vergaserbehälters, einen Rost zur Abstützung der Biomasseteilchen in dem Vergaserbehälter, eine LuftZuführung zur Zuführung von Verbrennungsluft in den Vergaserbehälter sowie einen aus dem Bereich unter dem Rost aus dem Vergaserbehälter herausführenden Produktgasabzug auf. Es handelt sich somit um einen Gleichstrom-Festbettvergaser. Der Rost ist über eine Rostantriebseinrichtung bewegbar. Er ist im Wesentlichen plan und schräg in dem

Vergaserbehälter angeordnet und bildet so eine schiefe Ebene, auf der sich die Biomasseteilchen abstützen. Die schiefe Ebene teilt den Vergaserbehälter in einen Bereich über dem Rost und einen Bereich unter dem Rost. Mittels der Rostantriebseinrichtung ist der Rost in einer

Richtung quer zur schiefen Ebene hin und her bewegbar.

Der bewegte Rost drückt so einfallende Schlackeklumpen wiederholt gegen die dem Rost gegenüberliegende

Seitenwand, um sie aufzubrechen.

Der bewegliche Rost wirkt bevorzugt zusammen mit der ihm gegenüberliegenden Seitenwand des Vergaserbehälters als eine Art Backenbrecher, wie er aus der Bauindustrie zum Zerkleinern von Abbruchmaterial bekannt ist. Genügend zerkleinert fallen die Schlackebrocken durch die Spalten des Rostes oder den Spalt am unteren Ende des Rostes zwischen Rost und Seitenwand. Aus dem Bereich unterhalb des Rostes werden Asche und zerkleinerte Schlackenbrocken aus dem Vergaserbehälter abgeführt.

Der Festbettvergaser gemäß der vorliegenden Offenbarung ermöglicht die Nutzung der oben genannten faserigen und halmhaltigen Stoffe und anderer Schlacke bildender

Brennstoffe auch in kleinen Anlagen, wie beispielsweise Blockheizkraftwerken. Schlackebrocken werden hierbei durch den hin und her beweglichen Rost aufgebrochen . Festbettvergaser zur Erzeugung eines brennbaren

Produktgases aus schüttbaren Biomasseteilchen zeichnen sich durch einen vergleichsweise einfachen Aufbau aus.

Man unterscheidet Gegenstrom- und Gleichstromvergaser. Beim Gegenstromvergaser ist die Strömungsrichtung der Verbrennungsluft und des Produktgases zu der

Zuführrichtung der Biomasseteilchen entgegengesetzt und beim Gleichstromvergaser, wie hier offenbart, stimmt die Zuführrichtung der Biomasseteilchen mit der

Strömungsrichtung von Verbrennungsluft und Produktgas überein. In Festbettvergasern werden verschiedene

Reaktionszonen, nämlich Trocknungs-, Pyrolyse-,

Oxidations- und Reduktionszone unterschieden, in denen verschiedene thermochemische Reaktionen ablaufen.

Faserige und halmhaltige organische Stoffe haben oft den Nachteil, dass bei deren Vergasung eine große Menge

Schlacke entsteht, z. B. durch niedrigschmelzende

Aschekomponenten. Die Schlacke bildet Klumpen, die den Vergasungsprozess beeinträchtigen, den Produktgasabzug behindern, zu Brückenbildung beitragen und das

Nachrutschen der Biomasseteilchen verzögern oder

verhindern können. Brückenbildung kann besonders durch Verhaken oder Verklumpen Schlacke bildender oder

faseriger Biomasseteilchen entstehen, sodass das

Schüttgut verzögert nachrutscht und Hohlräume entstehen. Die vorgenannten parasitären Effekte können dazu führen, dass ein Produktgas mit einer stark schwankenden Qualität erzeugt wird, was Nachteile in der Verwendung des

Produktgases erzeugt.

Eine besondere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es also, einen Festbettvergaser anzugeben, der auch für zur Schlackebildung neigende Biomasse geeignet ist.

Durch den Festbettvergaser gemäß der vorliegenden

Offenbarung werden die oben genannten parasitären Effekte stark vermindert oder beseitigt, sodass ein

kontinuierlich ablaufender chemischer Prozess bei

stabilen Reaktionszonen im Vergasungsbehälter und somit eine gleichbleibende Produktgasqualität erreichbar ist.

Der Rost des Festbettvergasers gemäß der vorliegenden Offenbarung wird bevorzugt intervallartig bewegt. Der Anteil der Bewegungsphasen macht bevorzugt einen geringen Teil der Betriebsdauer aus. In welchem Umfang eine

Bewegung erforderlich und für die Bereitstellung eines kontinuierlichen Prozesses förderlich ist, kann von verschiedenen Parametern abhängen, insbesondere von der Art der Biomasseteilchen. Bei Einsatzstoffen, die stark zur Bildung von Schlacke neigen, können höhere

Bewegungsphasen Zeitanteile an der Betriebsdauer

vorliegen, als bei Einsatzstoffen, die wenig zur Bildung von Schlacke neigen. Bei der Verbrennung von

Miscanthuspellets haben sich beispielsweise mittlere Bewegungsphasendauern von etwa 10s gegenüber Pausendauern von 120s als günstig erwiesen (Bewegungsphasen Zeitanteil an Betriebsdauer ca. 7-8 %) . Je nach Ausmaß der Schlacke Bildungsneigung sind auch niedrigere oder höhere

Bewegungsphasen Zeitanteile möglich, insbesondere

bevorzugt weniger als 35% der Betriebsdauer, weiter bevorzugt weniger als 10% der Betriebsdauer. In

Einzelfällen könnte auch ein Bewegungsphasen Zeitanteil von bis zu 50% der Betriebsdauer vorgesehen werden.

Durch die Bewegung des Rostes werden Brückenbindungen aufgebrochen, aber es erfolgt keine Umwälzung des

Glutbetts. So wird sichergestellt, dass die verschiedenen Reaktionszonen als benachbarte Höhenlagen über dem Rost erhalten bleiben. Durch die Bewegung des Rostes wird bevorzugt lediglich das Nachrutschen der Biomasseteilchen gefördert. Das Nachrutschen findet durch Gravitation statt. Ein Nachrutschen findet auch während der

Pausephasen statt und gehört zum normalen Wirkprinzip eines Festbettvergasers. Die Rostbewegungen ändern also nichts an diesem Wirkprinzip. Vielmehr führen die

Rostbewegungen dazu, dass in Makrobetrachtung eine deutlich höhere Kontinuität des Nachrutschens erreicht wird .

Der Festbettvergaser gemäß der vorliegenden Offenbarung weist bevorzugt einen Rost auf, der rechteckig geformt ist und eine Längsseite und eine Breitseite aufweist. Der Vergaserbehälter weist bevorzugt zumindest im Bereich des schräg angeordneten Rostes in horizontaler Richtung einen rechteckigen Querschnitt, eine vordere, eine hintere, eine linke und eine rechte Seitenwand auf. Die vordere und die hintere Seitenwand können weiterhin einen ersten Wandabstand und die linke und rechte Seitenwand einen zweiten Wandabstand aufweisen, wobei die Längsseite des Rostes horizontal verläuft und parallel zur vorderen Seitenwand des Vergaserbehälters angeordnet ist.

Nach dieser bevorzugten Ausgestaltung mit einem

Vergaserbehälter mit rechteckigem Querschnitt und einem rechteckigen Rost vereinfacht sich die Konstruktion des beweglichen Rostes. Ein rechteckiger Rost ist einfacher im Aufbau als ein runder Rost. Da der schräge Rost die Biomasse abstützen soll, bedingt der rechteckige Rost auch einen Vergaserbehälter mit rechteckigem Querschnitt. Durch die Rechteckform von Vergaserbehälter und Rost lassen sich definierte Abstände zwischen schrägem Rost und gegenüberliegender Wand einstellen. Darüber hinaus lassen sich durch Veränderung der Wandabstände des

Vergaserbehälters, der Neigung des Rostes und der Ausmaße des Rostes auf einfache Weise definierte Verhältnisse in der Oxidations- und Reduktionszone einstellen.

Eine weitere bevorzugte Ausführung sieht vor, dass die Neigung des Rostes zur Senkrechten zwischen 23° und 28° (Winkelgrad) beträgt. Dieser Neigungsbereich des Rostes hat in der Praxis zu stabilen Verhältnissen in der

Oxidations- und Reduktionszone des Festbettvergasers geführt. Außerdem hat sich dieser Neigungsbereich als günstig beim Drücken und Zerkleinern der Schlackebrocken erwiesen . Die oben genannten Neigungswinkel des Rostes ergeben zusammen mit einem Wandabstand von vorderer Seitenwand und hinterer Seitenwand im Bereich zwischen 100 und 130 mm eine optimale Lage von Oxidations- und Reduktionszone bezüglich des Rostes.

Die Abmaße des Rostes haben ferner einen Einfluss auf die Leistung des Festbettvergasers. Die schräg verlaufenden Abmaße des Rostes und der zugehörige (erste) Abstand der Wände des Vergaserbehälters, zwischen denen die schrägen Kanten angeordnet sind, bleiben bevorzugt konstant, damit die als besonders vorteilhaft ermittelte Geometrie der Reaktionszonen über dem Rost erhalten bleibt. Durch die Wahl der Breite der in horizontaler Richtung verlaufenden Kanten des Rostes und die Einstellung des zugehörigen (zweiten) Abstands der Wände des Vergaserbehälters, zwischen denen diese horizontalen Kanten angeordnet sind, kann die Leistung des Festbettvergasers vorgegeben oder eingestellt werden. Es lassen sich also unterschiedliche Leistungsklassen oder momentane Leistungsstufen durch einen konstanten ersten Wandabstand und einen die

Leistung variierenden zweiten Wandabstand erzielen. Der vertikale Aufbau der verschieden Zonen des

Festbettvergasers und insbesondere die Lage von

Oxidations- und Reduktionszone bleiben für die

verschiedenen Leistungsstufen oder Leistungsklassen gleich und durch Vergrößerung des zweiten Wandabstands — der Breite des Festbettvergasers — wird die Leistung des Festbettvergasers gesteigert. Eine weitere bevorzugte Variante des Festbettvergasers sieht vor, dass der Rost eine Mehrzahl von Roststäben umfasst. Die Roststäbe können im Wesentlichen parallel zu der schräg verlaufenden Kante ausgerichtet sein, was die bevorzugte Variante darstellt, weil hierdurch ein

Nachrutschen der Biomasseteilchen begünstigt wird. Die Roststäbe können ein oberes und ein unteres Ende

aufweisen. Alternativ können die Roststäbe im

Wesentlichen horizontal ausgerichtet sein und seitliche Enden haben. Ferner sind beliebige andere Formen des Rostes möglich.

Die Roststäbe sind also bevorzugt schräg im

Vergaserbehälter angeordnet.

Weiterhin sind die Roststäbe bevorzugt mit einem Abstand zueinander im Vergaserbehälter angeordnet. Der Abstand ist so gewählt, dass die Schlackeklumpen ab einem

gewissen Grad der Zerkleinerung durch den Rost fallen können, während andererseits der Abstand klein genug ist, um eine Abstützung der Biomasseteilchen zu gewährleisten.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Rost eine Mehrzahl von Roststäben, die schräg im

Vergaserbehälter angeordnet sind und gegeneinander bewegbar sind. Das heißt, es können der Rost als Ganzes und/oder die einzelnen Roststäbe innerhalb des Rostes in Bewegung versetzt werden. Durch die Bewegung zwischen den Roststäben kann verhindert werden, dass Brocken zwischen den Roststäben einklemmen und den Rost verstopfen, oder dass sich Schlacke oder sonstige Partikel an dem Rost festsetzen. Andererseits wird das Abgleiten der

Biomasseteilchen auf dem schrägen Rost unterstützt.

Die Rostantriebseinrichtung kann beliebig ausgebildet sein. Es kann eine gemeinsame Rostantriebseinrichtung für die Bewegung des Rosts und die Bewegung der Roststäbe vorgesehen sein. Alternativ können einerseits eine

Rostantriebseinrichtung für den Rost und andererseits eine separate Antriebseinrichtung für die Roststäbe vorgesehen sein. Eine gemeinsame Rostantriebseinrichtung kann steuerbar oder schaltbar ausgebildet sein, um selektiv eine Bewegung des Rosts und/oder eine Bewegung der Roststäbe zu bewirken.

Eine bevorzugte Ausführungsformen der

Rostantriebseinrichtung mit einer Kurbelwelle ist weiter unten angegeben. Sie ermöglicht auf einfache Weise den gleichzeitigen Antrieb der Mehrzahl von Roststäben. Die Roststäbe umfassen beispielsweise sich quer von den

Roststäben weg erstreckende obere Lagerfortsätze. Diese Lagerfortsätze können direkt oder indirekt mit der

Kurbelwelle verbunden sein. Sie können insbesondere drehbar auf Exzenterelementen der Kurbelwelle gelagert sein. Aus der Bewegung der Roststäbe ergibt sich hier auch eine Bewegung des Rosts insgesamt und insbesondere der unteren im Wesentlichen horizontalen Kantenbereiche des Rosts. Der Rost kann insbesondere Lagerleisten mit einem

vorderen und einem hinteren Ende umfassen, wobei die unteren Lagerfortsätze drehbar an den vorderen Enden der Lagerleisten gelagert sind und die hinteren Enden der Lagerleisten kippbeweglich sind.

Die Roststäbe sind bevorzugt auf der nach oben weisenden Seite abgeflacht, d.h. auf der Seite, auf der die

Biomasseteilchen abgestützt sind. Hierdurch wird das Nachrutschen der Biomasseteilchen auf der planen und schiefen Ebene unterstützt, die durch den Rost gebildet ist .

Die Ausbildung der Rostantriebseinrichtung ist bevorzugt so gewählt, dass die maximale Lagedifferenz zwischen zwei benachbarten Roststäben geringer ist als die Dicke eines Roststabs. Die Exzenterelemente können eine hierfür geeignete Amplitudenhöhe aufweisen. So wird verhindert, das Biomasseteilchen durch einen zu stark erweiterten Spalt zwischen zwei Roststäben fallen. Ein Roststab kann beispielsweise einen quadratischen Querschnitt mit einer Seitenlänge von ca. 20mm bis 35mm haben. Um

Brückenbindungen aufzubrechen und das Nachrutschen zu unterstützen, kann es ausreichend sein, eine maximale Lagedifferenz von 7mm bis 15mm vorzusehen. Alternativ können andere Querschnittsformen der Roststäbe vorgesehen sein, bspw. ein Rechteck-Querschnitt, ein Trapez- Querschnitt oder ein Halbkreis-Querschnitt. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung kann ein Gabelelement vorgesehen sein, das in den Vergaser

hineinragt und bevorzugt von oben in das Glutbett bis zum Rost schiebbar ist. Alternativ kann das Gabelelement auf andere Weise an oder im Vergaserbehälter angeordnet und in das Glutbett schiebbar sein. Durch das Einschieben des Gabelelementes in das Gluttbett ist vorteilhafter Weise erreichbar, dass Brückenbildung in der Oxidationszone, die besonders bei stark schlackenden Biobrennstoffen auftritt, stark vermindert oder vermieden wird bzw. dass durch die Gabel solche Brücken aufgebrochen werden. Ein solches Gabelelement kann bevorzugt zwei oder mehr

Zinken, d.h. eine Mehrzahl von Zinken aufweisen. Es kann weiter bevorzugt unterschiedlich lange Zinken aufweisen. Die Zinken können an die Keilform des Bereichs über dem Rost angepasst sein.

Der Vergaserbehälter kann Seitenwände aufweisen, die nach unten leicht konisch bzw. in der Form eines

Pyramidenstumpfes verlaufen. Mit anderen Worten weisen die Seitenwände des Vergaserbehälters bevorzugt einen Neigungswinkel gegenüber der Vertikalen auf, der eine Verjüngung oder Weitung bewirkt. Bevorzugt ist eine

Weitung, weil hierdurch das Nachrutschen unterstützt wird. Das heißt, die konisch verlaufenden Seitenwände vermeiden das Verkeilen von Schlackebrocken auf dem Weg zum Rost. Die leicht konisch verlaufenden, sich nach unten verbreiternden Seitenwände des Vergaserbehälters können bevorzugt in einem Winkel von etwa 2° zur

Vertikalen angeordnet sein.

Unter dem Rost kann eine rohrförmige Schlackenaufnahme angeordnet sein, die einen beliebigen Aufbau hat. Eine bevorzugte Variante sieht vor, dass die rohrförmige

Schlackenaufnahme den Vergaserbehälter durchsetzt und in eine Schlackenaustragseinrichtung mündet. Die rohrförmige Schlackenaufnahme sorgt bevorzugt für einen

kontinuierlichen Abtransport der Schlacke. Vorzugsweise weist die Schlackenaustragseinrichtung eine

Förderschnecke auf.

Die Schlackenaustragungsvorrichtung und der

Produktgasabzug können in einem Bauteil zusammengefasst sein. Durch diese vorteilhaften Ausgestaltung vereinfacht sich die Konstruktion.

Besonders in der Oxidationszone treten hohe Temperaturen der Gase auf, die häufig zwischen 800°C und 1000°C betragen. Der Rost kann eine Wasserkühlung aufweisen, so dass der Rost besser vor einer Erhitzung durch die heißen Gase und einen dadurch bedingten vorzeitigen Verschleiß geschützt wird. Die Wasserkühlung kann beliebig

ausgebildet sein. Sie kann mit Kühlwasser oder einem anderen geeigneten und bevorzugt flüssigen Kühlmittel betrieben werden. Gemäß einer bevorzugten Variante ist die Antriebs- und Kurbelwelle rohrförmig ausgebildet. Sie kann damit eine Kühlmittelpassage bilden bzw. in dem Vergaserbehälter als Kühlelement wirken. An einer Seitenwand des Vergaserbehälters, insbesondere an der hinteren Seitenwand, kann eine Klappe montiert sein, mittels der der Querschnitt des Vergaserbehälters über dem Rost (10) veränderbar ist. Die hintere

Seitenwand, ist diejenige Seitenwand, neben der die obere horizontale Kante des Rosts angeordnet ist. Durch die Veränderung des Querschnitts des Vergaserbauteils kann während des Betriebs des Vergasers auf unterschiedliche Eigenschaften von unterschiedlichen Biomasseteilchen reagiert werden.

Der Betrieb des Festbettvergasers kann auf beliebige Weise gestartet oder beendet werden. Die Entzündung der Biomasseteilchen kann auf beliebige Weise innerhalb oder außerhalb des Festbettvergasers erfolgen. Beispielsweise kann beim Anfahren ein Zündmittel zugeführt werden, bevor oder während die Biomasseteilchenschüttung auf dem Rost aufgebracht wird. Das Zündmittel kann beispielsweise glühende Kohle oder ein anderer vorgezündeter Stoff sein.

Gemäß einer anderen Variante umfasst der Festbettvergaser eine Zündvorrichtung, die eine beliebige Ausbildung haben kann. Die Zündvorrichtung kann separat angeordnet sein. Alternativ kann die Zündvorrichtung in den Rost oder eine Seitenwand des Vergaserbehälters integriert sein.

Wiederum alternativ kann ein Entzünden der

Biomasseteilchen durch Einbringen eines aufgeheizten Verbrennungsgases, insbesondere einer aufgeheizten Luft über die Luftzufuhr erfolgen. In den Unteransprächen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden ersichtlich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen. Es zeigt:

Figur 1 : eine schematische Darstellung eines

Festbettvergasers in einer Seitenansicht gemäß einer beispielhaften

Ausführungsform der vorliegenden

Offenbarung;

Figur 2 : eine schematische Darstellung eines

Festbettvergasers gemäß der

beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in einer

Vorderansicht ;

Figur 3A: eine schematische Darstellung des

Festbettvergasers im Querschnitt entlang der Ebene B-B gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden

Offenbarung;

Figur 3B: eine schematische Darstellung des

Festbettvergasers im Querschnitt entlang der Ebene B-B gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; Figur 4 : den Rost in einem Querschnitt gemäß der Ausführungsform der vorliegenden

Offenbarung nach Fig. 1 und 2;

Figur 5 : den Rost gemäß der Ausführungsform nach

Fig. 1 und 2 in einer vergrößerten

Vorderansicht; und

Figur 6: eine schematische Darstellung der

Reaktionszonen des Festbettvergasers gemäß der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2.

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen eine beispielhafte

Ausführungsform eines Festbettvergasers gemäß der

vorliegenden Offenbarung. Wie in Fig. 1 und 2

dargestellt, weist der Festbettvergaser einen

Vergaserbehälter 2 mit einem bevorzugt rechteckigen

Querschnitt auf. Der Vergaserbehälter 2, der in Fig. 3A als Schnitt durch die Ebene B — B gezeigt ist, umfasst eine vordere Seitenwand 3-1, eine hintere Seitenwand 3-2, eine linke Seitenwand 4-1 und eine rechte Seitenwand 4-2. In dem bevorzugt rechteckigen Vergaserbehälter ist ein Rost 10 zur Abstützung von Biomasseteilchen 50 und sich bildenden Schlackebrocken 51 angeordnet. Der rechteckige Rost 10 weist eine obere Kante 6 und eine untere Kante 7 auf, die horizontal ausgerichtet sind. Die beiden Kanten 6, 7 sind parallel zu der vorderen Seitenwand 3-1

ausgerichtet. Der Rost 10 ist schräg in dem Vergaserbehälter angeordnet und bildet eine schiefe Ebene mit einer Neigung a zwischen 23° und 28° zur Senkrechten. Mittels einer Rostantriebseinrichtung 11 kann der Rost 10, wie durch die Pfeile angedeutet, quer und parallel zur schiefen Ebene bewegt werden. Die

Rostantriebseinrichtung 11 ist im Bereich der oberen Kante 6 des Rostes 10 angeordnet und wird in Fig. 4 detaillierter beschrieben. Der rechteckige Rost 10 ist so dimensioniert, dass sich die Biomasseteilchen 50 auf dem Rost 10 abstützen, d. h. die Abstände (Spaltmaße) des Rostes 10 zu den Seitenwänden 3-1, 3-2, 4-1, 4-2 sind klein genug gewählt.

Die vordere Seitenwand 3-1 ist benachbart zu der unteren Kante 7 des Rosts 10 angeordnet. Die hintere Seitenwand 3-2 ist benachbart zu der oberen Kante 6 des Rosts 10 angeordnet. Die Spaltmaße zwischen der oberen Kante 6 und der hinteren Seitenwand 3-2 bzw. zwischen der untern Kante 7 und der vorderen Seitenwand 3-1 sind durch die Bewegung des Rosts 10 veränderlich. Insbesondere die untere Kante 7 wird infolge der Bewegung des Rosts 10, die quer zur schiefen Ebene erfolgt bzw. senkrecht zu im Wesentlichen planen Oberfläche des Rostes 10 erfolgt, zyklisch an die vordere Seitenwand 3-1 angenähert und wieder entfernt, sodass sich der Spalt zwischen der Kante 7 und der vorderen Seitenwand 3-1 zyklisch vergrößert und verkleinert .

Im oberen Bereich des Vergaserbehälters 2 ist eine

Zuführung 40 für Biomasseteilchen 50 angeordnet. Das Zuführen der Biomasseteilchen kann auf beliebige Weise erfolgen. Bevorzugt ist an der Zuführung 40 eine Schleuse (nicht dargestellt) angeordnet, durch die ein

unkontrolliertes Eindringen oder Entweichen von Gas bzw. Luft verhindert wird.

Ebenfalls in den oberen Bereich des Vergaserbehälters 2 mündet eine Luft _Z uführung 16 zur Zuführung von

Verbrennungsluft in den Vergaser. Die Verbrennungsluft wird bevorzugt in einer kontrollierten Weise zugeführt, insbesondere unter Steuerung oder Regelung des

Volumenstroms .

Aus dem Bereich unter dem Rost 10 führt ein

Produktgasabzug 24 heraus. Mit anderen Worten ist in dem Vergaserbehälter 2 unterhalb des Rosts 10 eine Mündung zu einem Produktgasabzug 24 angeordnet.

Unterhalb des Produktgasabzugs 24 ist gemäß dem

dargestellten Beispiel eine rohrförmige Schlackenaufnahme 26 angeordnet, die in eine Schlackenaustragseinrichtung 28 mündet. Alternativ kann eine beliebige andere Form der Schlackenaufnahme vorgesehen sein. Die

Schlackenaustragseinrichtung 28 kann zum Abtransport der Schlacke eine Förderschnecke aufweisen (nicht

eingezeichnet) . Sie kann ebenfalls beliebig ausgebildet sein. Bevorzugt ist die oben erwähnte Zusammenfassung von Schlackenaustragseinrichtung 28 und Produktgasabzug 24 in einem Bauteil. Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, ist oberhalb des Rosts 10 ein bevorzugt von oben in den Vergaserbehälter 2

hineinragendes Gabelelement 30 angeordnet. Das

Gabelelement 30 alternativ eine andere Anordnung haben.

Es ist in Fig. 1 zur besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt .

Bevorzugt ist das Gabelelement 30 von oben in das

Glutbett bis zum Rost 10 schiebbar. Hierfür kann ein separater Gabelantrieb vorgesehen sein. Alternativ kann eine Bewegung des Gabelelementes 30 durch die

Rostantriebsvorrichtung 11 ausgelöst oder von der

Bewegung des Rosts 10 abgeleitet sein.

Das Gabelelement 30 kann eine Mehrzahl von Zinken 31 aufweisen. Die Zinken 31 können eine beliebige Form und Anzahl haben. Sie können gleiche oder unterschiedliche Länge aufweisen . Ferner können sie mit gleicher oder mit unterschiedlicher Länge beispielsweise an die Neigung a des Rosts 10 angepasst sein.

Mit dem Gabelelement 30 können Brücken, die in der

Brennstoffschüttung 50 beispielsweise durch Verhaken oder Verklumpen faseriger oder Schlacke bildender

Biomasseteilchen 50 entstehen können, aufgebrochen werden. Dadurch wird ein kontinuierliches, gleichmäßiges Nachrutschen der Biomasseteilchen 50 erreicht. Folglich wird die Ausbildung von stabilen Reaktionszonen,

insbesondere einer stabilen Oxidationszone OZ und einer stabilen Reduktionszone RZ oberhalb des Rostes 10 unterstützt, was der Bereitstellung eines Produktgases mit einer konstanten Zusammensetzung und Qualität

zuträglich ist.

Fig. 4 und Fig. 5 zeigen vergrößerte Ansichten des Rosts 10 nach Fig. 1 und 2. Wie aus Fig. 2 und 5 zu ersehen ist, weist der Rost 10 gemäß einer bevorzugten Variante eine Mehrzahl von Roststäben 10-i auf. Die Roststäbe 10-i können schräg mit einem Abstand d zueinander im

Vergaserbehälter 2 angeordnet sein, so dass sich

Rostspalte ergeben, durch die Asche und kleinere

Schlackebrocken 51 hindurchtreten können. Die Abstände d zwischen den Roststäben 10-i können dabei einheitlich oder unterschiedlich gewählt sein. Ferner ist es möglich, den Abstand d über der Länge der Roststäbe 10-i konstant zu halten oder zu variieren.

Die Roststäbe 10-i sind bevorzugt gleich lang, zueinander jeweils in einem gleichen Abstand d angeordnet und weisen eine im Wesentlichen einheitliche Breite D auf. Der rechteckige Rost 10 weist eine Längsseite LI und eine Breitseite L2 auf. Die Längsseite LI ist die schräg im Vergaserbehälter angeordnete Seite. Die Breitseite ist die im Wesentlichen horizontal im Vergaserbehälter angeordnete Seite.

Der Rost ist also bevorzugt so in dem Vergaserbehälter 2 angeordnet, dass die Längsseite LI des Rosts 10

horizontal verläuft und parallel zur vorderen Seitenwand 3-1 des Vergaserbehälters 2 angeordnet ist. Die Breitseite L2 des Rosts 10 verläuft parallel zur linken und rechten Seitenwand 4-1, 4-2 und schräg (gegenüber der Vertikalrichtung) zwischen der vorderen und der hinteren Seitenwand 3-1 und 3-2.

Fig. 4 zeigt den Rost 10 im Querschnitt entlang der zwischen zwei Roststäben 10-i verlaufenden Schnittebene A-A aus Fig. 2. Die Roststäbe 10-i umfassen in dem

Beispiel mehrere obere Enden 8 und untere Enden 9. Von den oberen Enden 8 der Roststäbe 10-i erstrecken sich quer zu den Roststäben 10-i (senkrecht zur schiefen Ebene bzw. Oberfläche des Rosts) obere Lagerfortsätze 13. Die Rostantriebseinrichtung 11 umfasst eine Antriebs- und Kurbelwelle 19 mit Exzenterelementen 12, an der die

Lagerfortsätze 13 der Roststäbe 10-i drehbar an den

Exzenterelementen 12 gelagert sind. Die Roststäbe 10-i können jeweils einzeln, gruppenweise oder als

vollständiger Satz mit der Antriebswelle 19 verbunden sein. Bevorzugt sind mindestens zwei Gruppen von

Roststäben 10-i gebildet, die jeweils gleichartig mit der Antriebswelle 10 verbunden sind, wobei sich die Anbindung der Gruppen untereinander jedoch unterscheidet,

insbesondere durch Bildung mindestens eines Versatzes.

Die Exzenterelemente 12 sitzen drehfest auf der

Kurbelwelle 19 und sind entlang der Antriebs- und

Kurbelwelle 19 bevorzugt zueinander versetzt angeordnet. Es können entsprechend der obigen Erläuterung zwei oder mehr Gruppen von Exzenterelementen vorgesehen sein, wobei innerhalb einer Gruppe eine übereinstimmende Anordnung vorliegt, zwischen den Gruppen aber eine unterschiedliche und insbesondere versetzte Anordnung. Der Versatz kann ein rotatorischer Versatz in Umfangsrichtung der

Antriebswelle 19 und/oder ein Amplitudenversatz in

Radialrichtung der Antriebswelle 19 sein.

An den unteren Enden 9 der Roststäbe 10-i befinden sich beliebige Lagerstellen, die eine Bewegung des Rosts 10 ermöglichen. Beispielsweise sind untere Lagerfortsätze 14 vorgesehen, die sich ebenfalls quer von den Roststäben 10-i (senkrecht zur Oberfläche / schiefen Ebene)

wegerstrecken .

Der Rost 10 umfasst außerdem bevorzugt Lagerleisten 60 mit je einem vorderen Ende 61 und einem hinteren Ende 62. Die Lagerleisten können als zusätzliche Lagermittel des Rostes 10 dienen. Die Lagerleisten 60 sind gemäß einer bevorzugten Ausführung an den hinteren (vom Rost 10 wegweisenden) Enden 62 auf gleicher oder

unterschiedlicher Höhe kippbeweglich an Schwenkpunkten montiert. An den vorderen Enden 61 der Lagerleisten 60 sind die unteren Lagerfortsätze 14 drehbar gelagert.

Somit können sich die Verbindungspunkte zwischen den Lagerleisten 60 und den Roststäben 10-i und mithin die unteren Enden der Roststäbe 10-i im Wesentlichen auf einer Kreisbahn um die Schwenkpunkte bewegen. Je nach Ausbildung der Lagerfortsätze 14 kann sich neben der Kreisbewegung einer überlagerte translatorische Bewegung der unteren Kante 9 des Rostes 10 bzw. der Roststäbe 10-i ergeben. Die unteren Lagerfortsätze 14 und die Lagerleisten 60 bilden bevorzugt zusammen ein Gleit-Dreh- Lager. Das Gleit-Dreh-Lager gibt in Kombination mit der Rostantriebseinrichtung 11 die zyklische Vergrößerung und Verkleinerung des Spaltmaßes zwischen der unteren Kante 9 des Rostes 10 bzw. der Roststäbe 10-i und der vorderen Seitenwand 3-1 vor.

Die Schwenkpunkte können statisch oder bewegbar

vorgesehen sein. Insbesondere können durch eine

(gemeinsame, gruppenweise oder einzelne) Versetzung von Schwenkpunkten das Bewegungsmuster und/oder der

Bewegungsumfang des Rosts 10 und/oder der Roststäbe 10-i vorgebbar oder einstellbar sein.

Beim Drehen der Antriebs- und Kurbelwelle 19 werden die Exzenterelemente 12 mit der Antriebs- und Kurbelwelle 19 mitgedreht, sodass die oberen Lagerfortsätze 13 eine Exzenterbewegung ausführen. Mit den Lagerfortsätzen 13 werden die Roststäbe 10-i (einzeln, gruppenweise oder insgesamt) quer und längs zur schiefen Ebene des Rosts 10 bewegt .

Durch die versetzte Anordnung der Exzenterelemente 12 werden die Roststäbe 10-i bevorzugt auch gegeneinander bewegt, sodass ein Zusetzen der Rostspalten mit

Schlackeklumpen verhindert wird.

Die Exzenterelemente 12 können in einer Ebene angeordnet sein, die sich senkrecht zur Antriebswelle 19 erstreckt. In diesem Fall wird ausschließlich eine Bewegung der Roststäbe 10-i im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Rosts 10 bzw. senkrecht zur schiefen Ebene, jedoch nicht in Axialrichtung der Antriebswelle 19 erzeugt.

Alternativ können ein oder mehrere und insbesondere alle Exzenterelemente 12 in einer Ebene angeordnet sein, die schräg gegenüber der Antriebswelle 19 ausgerichtet ist. Hierdurch kann eine Bewegung der Roststäbe 10-i

hervorgerufen werden, die auch einen (geringen)

Bewegungsanteil in Axialrichtung der Antriebswelle 19 umfasst. Durch diesen Bewegungsanteil in Axialrichtung kann der Abstand d zwischen zwei (unterschiedlich

angetriebenen) Roststäben 10-i zyklisch verkleinert und vergrößert werden, was das Abgleiten der Schlackeklumpen weiter unterstützt. Ferner kann auch ein Aufbrechen von Schlackeklumpen in dem Spalt zwischen zwei derart

(unterschiedlich angetriebenen) Roststäben 10-i

ermöglicht werden.

Durch die Rostantriebseinrichtung 11 mit der sich

drehenden Antriebs- und Kurbelwelle 19 wird der Rost 10 auch quer zur Längserstreckung der Roststäbe 10-i bewegt. Es wird also ein Bewegungsanteil erzeugt, der zumindest teilweise auf die vordere Seitenwand hin orientiert ist. Der bewegte Rost 10 drückt so die einfallenden

Schlackebrocken 51 wiederholt gegen die dem Rost 10 gegenüberliegende vordere Seitenwand 3-1, um die Brocken aufzubrechen und zu zerkleinern. Die zerkleinerten

Schlackebrocken 51 treten dann durch die Rostspalten oder durch den Spalt zwischen der unteren Rostkante 7 und der vorderen Seitenwand 3-1 hindurch. Bevorzugt werden die zerkleinerten Schlackebrocken unterhalb des Rostes 10 durch die Schlackenaustragseinrichtung 28 abgeführt.

Die Antriebs- und Kurbelwelle 19 ist gemäß einer

bevorzugten Variante hohl bzw. rohrförmig ausgeführt. Mit anderen Worten bildet die Antriebs- und Kurbelwelle 19 bevorzugt eine Passage für ein Kühlmittel. Die

Antriebswelle wird von Kühlwasser durchströmt. Durch die Vergasung der Biomasseteilchen 50 herrschen im Bereich des Rostes 10 Temperaturen im Bereich von 800°C bis 1000°C. Durch die hohle bzw. rohrförmige Antriebs- und Kurbelwelle 19, die von Kühlwasser durströmt wird, wird eine Wasserkühlung 21 bereitgestellt. Alternativ kann eine beliebige andere Form einer Wasserkühlung vorgesehen sein. Beispielsweise können mindestens einer Seitenwand 3-1, 3-2, 4-1, 4-1 des Vergaserbehälters ein oder mehrere Kühlmittelpassagen vorgesehen sein. Wiederum alternativ oder zusätzlich können ein oder mehrere Roststäbe 10-i und/oder die Lagerfortsätze 13, 14 eine Kühlmittelpassage aufweisen, die von einem Kühlmittel durchströmt wird.

Wie Fig. 3A und Fig. 3B in zwei Varianten zeigen, hat der Vergaserbehälter 2 gemäß einer bevorzugten Ausführung zumindest im Bereich des schräg angeordneten, hier nur schematisch dargestellten Rosts 10 einen rechteckigen Querschnitt mit vorderer und hinterer und linker und rechter Seitenwand 3-1, 3-2, 4-1, 4-2. Die vordere

Seitenwand 3-1 und die hintere Seitenwand 3-2 weisen einen ersten Wandabstand a zueinander auf. Die linke Seiteinwand 4-1 und die rechte Seitenwand 4-2 haben zueinander einen zweiten Wandabstand b.

Die Breitseite L2 des Rosts 10 bzw. der Abstand zwischen der linken und rechten Seitenwand 4-1, 4-2 kann vorgebbar oder einstellbar sein, um eine momentane Leistungsstufe des Festbettvergasers vorzugeben oder einzustellen bzw. einen Festbettvergaser mit einer bestimmten

Leistungsklasse zu bilden. Mit anderen Worten kann durch Konstanthaltung des Abstands a zwischen der vorderen und hinteren Seitenwand 3-1, 3-2 bzw. Konstanthaltung der Größe der Längsseite LI des Rosts 10 und andererseits Veränderung des Abstands b zwischen der linken und rechten Seitenwand 4-1, 4-2 des Vergaserbehälters bzw. Veränderung der Größe der Breitseite L2 des Rosts 10 die Leistung eingestellt werden.

In der in Fig. 3A gezeigten Variante ist der

Vergaserquerschnitt quadratisch (a = b) .

Fig. 3B zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Festbettvergasers mit größerer Leistung, die sich dadurch von der Ausführungsform nach Fig. 3A

unterscheidet, dass der zweite Wandabstand b des

Vergaserbehälters größer als der erste Wandabstand a ist. Wie aus Fig. 1 und 6 zu ersehen ist, legt der erste

Wandabstand a zusammen mit dem Neigungswinkel a des

Rostes 10 die relative Lage von Reduktions- und

Oxidationszone OZ, RZ zum Rost 10 fest. Empirisch hat sich herausgestellt, dass sich bei einem ersten Wandabstand a von 100 bis 130mm und einem Neigungswinkel a des Rostes von 23° bis 28° optimale Verhältnisse ergeben. Will man daher die Leistung des

Festbettvergasers vergrößern, lässt man den ersten

Wandabstand a und den Neigungswinkel a unverändert und vergrößert lediglich den zweiten Wandabstand b.

Würde man den ersten Wandabstand a verändern, würde sich auch die Lage von Oxidations- und Reduktionszone

bezüglich des Rostes verändern, was zumindest während des Betriebs des Festbettvergasers zu schwer kontrollierbaren Änderungen der Reaktionszonen führt. Vergrößert man hingegen nur den zweiten Wandabstand b so ergibt sich eine größere Leistung des Festbettvergasers ohne

Veränderung der räumlichen Zuordnung von Oxidations- und Reduktionszone zum Rost 10.

In Fig. 6 ist eine zusätzliche Möglichkeit zur

Verkleinerung des Querschnitts des rechteckigen

Vergaserbauteils 2 über dem schrägen Rost 10 angegeben.

An der hinteren Seitenwand 3-2 des Vergaserbehälters ist in dem dargestellten Beispiel eine Klappe 70 angeordnet, die im oberen Bereich der hinteren Seitenwand 3-2

angelenkt ist. Alternativ kann die Klappe an einer anderen Seitenwand des Vergaserbehälters 2 angeordnet sein .

Die Klappe 70 reicht bevorzugt bis in den Bereich der Pyrolysezone PZ und kann über eine Betätigungseinrichtung 72 mehr oder minder in den Vergaserbehälter 2 hineingekippt werden. Damit kann während des Betriebs des Festbettvergasers auf ein ungewolltes Verhalten der

Biomasseteilchen reagiert werden. Es lässt sich damit ein Hochbrennen der Biomasseteilchen und damit ein

Verschieben der einzelnen in Fig. 6 gezeigten

Vergaserzonen verhindern.

BEZUGSZEICHENLISTE

TZ Trocknungszone Drying zone

PZ Pyrolysezone Pyrolysis zone

oz Oxidationszone Oxidation zone

RZ Reduktionszone Reduction zone a Neigungswinkel des Rosts Inclination angle of zur Senkrechten grate towards vertical a erster Wandabstand des First wall distance of

Vergaserbehälters gasifier Container b zweiter Wandabstand des Second wall distance

Vergaserbehälters of gasifier Container d Abstand der Roststäbe Distance of grate rods

D Breite der Roststäbe Width of grate rods

A-A Schnittebene Section plane

B-B Schnittebene Section plane

LI Längsseite des Rosts Longitudinal side of grate

L2 Breitseite des Rosts Broadside of grate

3 Vergaserbehälter Gasifier Container

3-1 vordere Seitenwand des Frontal side wall of

Vergaserbehälters gasifier Container

3-2 hintere Seitenwand des Rear side wall of

Vergaserbehälters gasifier Container

4-1 linke Seitenwand des Left side wall of

Vergaserbehälters gasifier Container -2 rechte Seitenwand des Right side wall of

Vergaserbehälters gasifier Container obere Kante von 10 Upper edge of 10 untere Kante von 10 Lower edge of 10 obere Enden der Upper end of grate rod

Roststäbe

untere Enden der Lower end of grate rod

Roststäbe

0 Rost Grate

0-i Roststäbe Grate rods

1 Rostantriebseinrichtung Grate driving device2 Exzenterelemente Eccentric elements3 obere Lagerfortsätze Upper bearing

extension

4 untere Lagerfortsätze Lower bearing

extension

6 Luft _Z uführung Air supply

9 Antriebs- und Drive and cam shaft

Kurbelwelle

1 Wasserkühlung Water cooling 4 Produktgasabzug Product gas flue

6 rohrförmige Tubulär slag reception

Schlackenaufnahme

8 Schlackenaustrags- Slag discharge device einrichtung

0 Gabelelement Fork elernen t

1 Zinken Prongs Zuführung für Input of Biomass

Biomasseteilchen particles

Biomasseteilchen- Biomass particle bulk schüttung (fill)

Schlackeklumpen Slag lump / lag nugget Lagerleisten Bearing bar

Vordere Enden der Frontal end of bearing Lagerleisten bar

Hintere Enden der Rear end of bearing Lagerleisten bar

Klappe an hinterer Flap at rear side wall Seitenwand 3-2

Betätigungs _V orrichtung Control / Operation von 70 device for 70