Beschreibung

Technisches Gebiet

Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Festbettvergaser zum Erzeugen eines Produkt- oder Synthesegases aus festem Brennstoff, insbesondere aus Schlacke bildendem Brennstoff, mit einem, insbesondere zylindrischen, Vergaserbehälter. Der Vergaserbehälter weist eine Brennstoffzuführung zum Zuführen eines festen Brennstoffes, eine Vergasungsmittelzuführung zum Zuführen eines Vergasungsmittels, das zum Vergasen des in dem Behälter befindlichen festen Brennstoffes dient, und einen Auslass zum Abführen von Schlacke und Asche Produkt- und Synthesegas auf, welche bei der Vergasung des festen Brennstoffes entstehen.

Im Festbettvergaser wird (schüttbarer) Brennstoff, insbesondere Biomasse, in einem festen Zustand (fester Brennstoff), üblicherweise Holz oder Kohle, Klärschlamm aber auch biomasseartige und andere Sekundärbrennstoffe, als auch anteilig Hausmüll / Kunststofffraktionen, thermo-chemisch in ein brennbares Produkt- oder Synthesegas (Brenngas) mit Hilfe eines Vergasungs- oder Oxidationsmittels, insbesondere Luft, Sauerstoff, Kohlendioxid oder Wasserdampf, umgewandelt. Über die Vergasung im Festbettvergaser kann der Festbrennstoff in einen gasförmigen Sekundärbrennstoff bzw. in ein Produktgas umgewandelt werden, der / das bspw. bei der Stromerzeugung oder als Kraft- und Treibstoff (Brenngas) oder für die Nutzung als Synthesegas für die chemische Synthese eingesetzt werden kann.

Der Festbettvergaser bzw. der Vergaserbehälter ist in seiner Höhenrichtung bzw. Axialrichtung in unterschiedliche, aneinandergrenzende Temperaturzonen unterteilt. Die der Öffnung nächstliegende Temperaturzone ist eine Trocknungszone, in der bei einer Trocknungstemperatur das in dem festen Brennstoff enthaltene Wasser verdampft wird. In Höhenrichtung unterhalb der Trocknungszone schließt sich eine Pyrolysezone an diese an. In der Pyrolysezone wird bei einer Pyrolysetemperatur der feste Brennstoff zersetzt. In Höhenrichtung unterhalb der Pyrolysezone schließt sich eine Oxidationszone an diese an. In der Oxidationszone werden bei einer Oxidationstemperatur der in dem zersetzten Festbrennstoff enthaltene Kohlenstoff (C) und Wasserstoff (H) zu Kohlenstoffdioxid (CO2) bzw. zu Wasser (H2O) oxidiert. In Höhenrichtung unterhalb der Oxidationszone schließt sich eine Reduktionszone an diese an. In der Reduktionszone werden das aus der Oxidationszone erhaltene Kohlenstoffdioxid (CO2) bzw. das Wasser (H2O) bei einer Reduktionstemperatur zu dem brennbaren Produkt- oder Synthesegas als Produkt der Festbettvergasung reduziert. Im Festbettvergaser ist die Trocknungstemperatur kleiner als die Pyrolysetemperatur, die wiederum kleiner als die Oxidationstemperatur ist, welche wiederum größer als die Reduktionstemperatur ist. Als fester Bestandteil des vergasten Festbrennstoffs bleibt kohlenstoffhaltige Asche zurück.

Weiterhin können Festbettvergaser dazu verwendet werden, als Brennstoff einen Schlacke bildenden Brennstoff bzw. Biomasse, insbesondere biologische Reststoffe, vorzugweise Abfälle, weiter vorzugsweise Klärschlamm, zu vergasen. Die Vergasung solcher Schlacke bildenden Brennstoffe, insbesondere von Klärschlamm, dient der umweltfreundlichen Entsorgung dieser Stoffe.

Bei der Festbettvergasung, insbesondere in Fällen, in denen Schlacke bildende Brennstoffe, wie z.B. Abfälle, als zu vergasende Biomasse verwendet werden, ist die bei der Vergasung entstehende Schlacke und kohlenstoffhaltige Asche als Vergasungsrückstand besonders schwierig aus dem Festbettvergaser zu fördern. Bei herkömmlichen Festbettvergasern ist als eine Abstützvorrichtung unterhalb des Auslasses des Vergaserbehälters innerhalb des Festbettvergasers ein horizontal angeordneter Rost vorgesehen. Dies ist beispielsweise aus DE 10 2019 218 310 A1 bekannt. Die aus dem Vergaserbehälter austretende Schlacke und Asche werden über die rostförmige Abstützvorrichtung einem Asche- und Gasabzug zugeführt, über welchen die Vergasungsrückstände sowie das bei der Vergasung erzeugte Gas den Festbettvergaser verlassen können. Allerdings bildet die Schlacke mitunter auch Klumpen und es kann daher sein, dass die rostförmige Abstützvorrichtung die Schlacke und Asche nicht gleichmäßig aus dem Vergaserbehälter fördern kann. Dies kann dazu führen, dass sich Schlacke und ggf. Asche auf dem Rost ansammeln und dadurch die Vergasung im Festbettvergaser beeinträchtigt wird, bzw. komplett zum Erliegen kommt.

Vor diesem Hintergrund wurden in der DE 10 2019 218 310 A1 als Abstützvorrichtung zwei gegenläufig drehende Walzen vorgeschlagen. Allerdings besteht hierbei das Problem, dass die Walzen als Abstützvorrichtung unter Umständen die Vergasungsrückstände, insbesondere Schlacke, in den Vergaserbehälter zurückdrängen. Dies beeinträchtigt die Vergasung im Vergaserbehälter immens.

Demnach ist es eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, einen Festbettvergaser bereitzustellen, der das oben beschriebene Problem löst. Insbesondere soll ein Festbettvergaser vorgesehen sein, bei dem eine zuverlässige Vergasung sichergestellt ist. Vorzugweise soll ein Festbettvergaser bereitgestellt werden, bei dem Vergasungsrückstände, insbesondere Schlacke und kohlenstoffhaltige Asche, gleichmäßig aus dem Festbettvergaser gefördert werden und ein Zurückdrängen der Vergasungsrückstände in den Vergaserbehälter verhindert wird.

Die der Offenbarung zugrundeliegende Aufgabe wird durch einen Festbettvergaser nach Anspruch 1 gelöst.

Demnach betrifft die vorliegende Offenbarung einen Festbettvergaser zum Erzeugen eines Produkt- oder Synthesegases aus festen Brennstoffen, insbesondere aus Schlacke bildenden Brennstoffen, mit einem, insbesondere zylindrischen, Vergaserbehälter. Der Vergaserbehälter weist eine Brennstoffzuführung zum Zuführen eines festen Brennstoffes, eine oder mehrere Vergasungsmittelzuführung(en), insbesondere genau zwei Vergasungsmittelzuführungen, zum Zuführen eines oder mehrerer Vergasungsmittel(s), welches / welche zum Vergasen des in dem Behälter befindlichen festen Brennstoffes dient, und einen Auslass zum Abführen von Schlacke, kohlenstoffhaltiger Asche und Produkt -und Synthesegas auf, welche bei der Vergasung des festen Brennstoffes entstehen. Unterhalb oder stromabwärts des Vergaserbehälters bzw. des Auslasses des Vergaserbehälters sind zur Förderung von während der Vergasung des Brennstoffs übrig bleibenden Rückständen, insbesondere kohlenstoffhaltige Asche und Schlacke, aus dem Festbettvergaser zumindest zwei Walzen angeordnet, die sich, vorzugsweise intermittierend, gegenläufig um ihre Walzenlängsachse drehen, wobei der Achsabstand zwischen den beiden Walzenlängsachsen mindestens so groß wie die Breite oder der Durchmesser des Auslasses des Vergaserbehälters ist.

Mithilfe der sich gegenläufig zueinander drehenden Walzen können die Vergasungsrückstände besonders effektiv und rückstandsfrei aus dem Vergaserbehälter bzw. aus dem Festbettvergaser entfernt werden. Indem die Walzen gegeneinander drehen, kann besonders viel Material aus dem Festbettvergaser gefördert werden. Wenn der Achsabstand zwischen den beiden Walzenlängsachsen mindestens so groß wie der Durchmesser, vorzugsweise Innendurchmesser, des (Auslasses des) Vergaserbehälters ist, kann gewährleistet werden, dass die Materialsäule (aus Asche und Schlacke) durch die Walzen aus dem Vergaserbehälter (nach unten) abgeführt und nicht (nach oben) in den Vergaserbehälter zurückgedrückt wird.

Vorteilhafte Aspekte der vorliegenden Offenbarung sind Gegenstand der Unteransprüche und werden nachstehend näher erläutert.

Besonders bevorzugt drehen sich die Walzen von der Seite des Auslasses des Vergaserbehälters betrachtet, nach innen, d.h. aufeinander zu, und vom Auslass des Vergaserbehälters weg.

Bei einer derartigen Drehrichtung der Walzen kann besonders effektiv vermieden werden, dass Vergasungsrückstände durch die Walzen in den Vergaserbehälter zurückgedrängt werden.

Insbesondere sind die Walzen achsensymmetrisch zu einer Mittel-Längsachse des Vergaserbehälters angeordnet. Somit können die Vergasungsrückstände besonders gleichmäßig und somit effektiv gefördert werden. Weiterhin ist es besonders sinnvoll, wenn die Walzenlängsachsen horizontal und zudem senkrecht zu der Längsachse des Vergaserbehälters angeordnet sind. Auf diese Weise können die Walzen besonders gut Schlacke fördern.

Dies ermöglicht einen gleichmäßigen Matenalabzug aus dem Auslass des Vergaserbehälters. Damit liegen in der Schüttung bis zum Abzug der Vergasungsrückstände homogene Schüttungsverhältnisse vor. Somit verschiebt sich das abzuführende Material nur zur Mitte des Vergaserbehälters hin, wo es dann über den Auslass aus dem Festbettvergaser ausgetragen wird, und häuft sich nicht an einer Stelle an. Damit verschiebt sich das abzuführende Material auch nicht in Richtung des Vergaserbehälters (nach oben). Feine und große Partikel der Vergasungsrückstände werden proportional zur Walzendrehzahl gefördert bzw. abgezogen. Dies unterstützt einen störungsfreien Dauerbetrieb des Festbettvergasers und eine gute Gasqualität des Produktgases.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Walzen über Hohlwellen gelagert sind, in denen ein Kühlmittel, insbesondere Wasser oder Öl, zur Kühlung der Walzen geführt ist.

Mithilfe dieser Hohlwellenkühlung können die Walzen ausreichend gekühlt werden. Die Kühlung der Walzen ist erforderlich, damit sich die Walzen oder an ihnen angeordnete Elemente durch die von der Schlacke und Asche auf sie übertragene Wärme nicht verbiegen. Dabei wirkt die bei der Vergasung als Rückstand entstandene Kohle, die sich schichtartig um die Walzen legt, als schlechter Wärmeleiter als Isolator gegenüber der bis zu 1000°C heißen Schlacke, die auf die Walzen trifft. Demnach ist eine Kühlung der Walzen über die Hohlwellen trotz der hohen Temperaturen der Vergasungsrückstände ausreichend.

Dabei kann die Kühlung der Walzen über Verdampfungskühlung oder über eine konduktive Wasser- oder Ölkühlung erfolgen. Bei der Verdampfungskühlung wie auch bei der Wasser- oder Ölkühlung, wird eine Flüssigkeit in den Hohlwellen der Walzen geführt. Bei der Wasser- oder Ölkühlung sowie auch bei der Verdampfungskühlung erhitzt sich das Kühlmittel beim Durchströmen der Hohlwellen. Das erhitzte Wasser wird dann abgeführt und damit auch die an den Walzen erzeugte Wärme. Bei der Verdampfungskühlung wird zusätzlich dazu heißer Dampf, der aufgrund der hohen Temperatur des erhitzten flüssigen Kühlmittels, insbesondere Wasser, entsteht, von dem Kühlmittel abgeführt, insbesondere abgepumpt. Dabei wird der Dampf (ohne Rußpartikel) nach oben geleitet (Richtung Vergaserbehälter) und kühlt dabei ab. Dabei ist das Kühlsystem, in dem das Kühlmittel geführt ist und um läuft, ein geschlossenes System, welches mit dem Vergaser nicht fluidisch verbunden ist. Ein Kühlmittelvorlagebehälter, in dem Kühlmittel aufgenommen ist, befindet sich oberhalb von den Walzen, womit ein Naturumlauf gewährleistet ist.

Auf diese Art und Weise können die Walzen effektiv und ohne großen Aufwand gekühlt werden.

Es ist außerdem von Vorteil, wenn die Walzen, und insbesondere Zähne, die an den Walzen angeordnet sind, und / oder Scheiben der Walzen, die die Zähne aufweisen, aus gehärtetem Stahl, insbesondere aus Hardox, gefertigt sind.

Dieses Material verformt sich trotz der Wärme, denen die Walzen ausgesetzt sind, nicht und kann zudem ausreichend Wärme von dem Außenumfang der Walzen, der hauptsächlich mit den heißen Vergasungsrückständen in Kontakt steht, zu den mittig angeordneten Hohlwellen geführt bzw. geleitet werden.

Zudem ist denkbar, dass die Walzen jeweils eine Vielzahl an kreisscheibenförmigen und miteinander drehfest verbundenen Walzenscheiben aufweisen und einige der Walzenscheiben an ihrem Außenumfang mit Zähnen versehen sind, die mit den Zähnen der gegenläufig drehenden Walze kämmen.

Die Anzahl der Walzenscheiben kann leicht variiert werden und somit können dank des modularen Walzenaufbaus auf einfache Weise Walzen unterschiedlicher Länge bereitgestellt werden. Indem die Zähne der gegenläufig drehenden Walzen miteinander kämmen, kann das abzuführende Material besonders gut von den Walzen aus dem Vergaserbehälter und somit aus dem Festbettvergaser gefördert werden. Die Zähne der Walzen zerdrücken dabei vorteilhafterweise Schlackebrocken, sodass diese leicht gefördert werden können. Mithilfe der vorgenannten Hohlwellenkühlung wird verhindert, dass sich die Zähne aufgrund hoher Temperaturen verbiegen.

Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass Zähne in einer ersten Zahngröße abwechselnd mit Zähnen einer zweiten Zahngröße, die unterschiedlich zu der ersten Zahngröße ist, über den Außenumfang der Walzenscheiben verteilt sind.

Aufgrund der unterschiedlichen Zahngrößen der Walzen können Schlackebrocken besonders effektiv erfasst und zerdrückt und damit von den Walzen aus dem Vergaserbehälter bzw. Festbettvergaser gefördert werden.

Weiterhin ist es denkbar, dass die Zähne der ersten Zahngröße einer Walze mit den Zähnen der ersten Zahngröße der zu der einen Walze gegenläufig drehenden Walze kämmen und die Zähne der zweiten Zahngröße einer Walze mit den Zähnen der zweiten Zahngröße der zu der einen Walze gegenläufig drehenden Walze kämmen.

Zwischen den Zähnen der ersten Zahngröße, die bspw. größer als die Zähne der zweiten Zahngröße sind, können somit kleinere Schlackebrocken erfasst und zerdrückt werden als zwischen den (kleineren) Zähnen der zweiten Zahngröße. Somit kann sichergestellt werden, dass Schlackebrocken unterschiedlicher Größen effektiv von den Walzenzähnen erfasst und zerkleinert werden können.

Es ist auch sinnvoll, wenn sich die Walzenscheiben in Walzenscheiben mit Zähnen und glatte Walzenscheiben ohne Zähne aufteilen und die Walzenscheiben mit Zähnen abwechselnd mit glatten Walzenscheiben in Walzenlängsrichtung hintereinander angeordnet sind.

Walzen, bei denen nur jede zweite Walzenscheibe mit Zähnen versehen ist, sind günstiger in der Herstellung und einfacher zu reinigen als Walzen, bei denen alle Walzenscheiben mit Zähnen versehen sind.

Vorteilhafterweise sind die Walzenscheiben mit Zähnen in ihrer Abmessung bzw. in ihrem Gesamtdurchmesser um die Zähne größer als die glatten Walzenscheiben. Ein bevorzugter Aspekt bezieht sich darauf, dass die glatten Walzenscheiben einer Walze jeweils die Walzenscheiben mit Zähnen der gegenläufig drehenden Walze kontaktieren und die Zähne der gegenläufig drehenden Walzen in Walzenlängsrichtung miteinander kämmen.

Auf diese Weise können die Zähne der einen Walze Vergasungsrückstände von den glatten Walzenscheiben der anderen, mit ihr gegenläufig drehenden Walze entfernen. Auf diese Weise reinigen sich die beiden gegenläufig drehenden Walzen gegenseitig (von selbst).

Zudem ist es vorteilhaft, wenn bei den Walzen die Zähne in Bezug auf die Walzenlängsachse spiralförmig bzw. wendeiförmig angeordnet sind Auf diese Weise kämmt immer nur ein Paar Zähne des Walzenpaars miteinander. Vorteilhafterweise kann so die Antriebsleistung für die Walzen und die Belastung auf eine Walzenlagerung und somit auf die Hohlwellen minimiert werden.

Die Aufgabe wird auch gelöst durch einen Festbettvergaser mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs. Bei dem gattungsgleichen Festbettvergaser weisen die Walzen jeweils eine Vielzahl an kreisscheibenförmigen und miteinander drehfest verbundenen Walzenscheiben auf. Die Walzenscheiben teilen sich in Walzenscheiben mit Zähnen und glatte Walzenscheiben ohne Zähne auf und die Walzenscheiben mit Zähnen sind abwechselnd mit glatten Walzenscheiben in Walzenlängsrichtung hintereinander angeordnet. Die glatten Walzenscheiben einer Walze liegen jeweils den Walzenscheiben mit Zähnen einer anderen (benachbarten) gegenläufig drehenden Walze gegenüber und umgekehrt. Auf diese Weise können die Zähne der einen Walze Vergasungsrückstände von den glatten Walzenscheiben der anderen, mit ihr gegenläufig drehenden Walze, entfernen. So reinigen sich die beiden gegenläufig drehenden Walzen gegenseitig (von selbst) und Vergasungsrückstände, insbesondere Schlacke und Asche, werden so gleichmäßig aus dem Festbettvergaser gefördert. Es ist auch denkbar, dass zwei zueinander gegenläufig drehende Walzen ein Walzenpaar ausbilden und der Festbettvergaser mehr als ein Walzenpaar, insbesondere zwei Walzenpaare, aufweist.

Wenn der Festbettvergaser mehr als ein Walzenpaar aufweist, kann ein besonders großes Volumen an Vergasungsrückständen aus dem Vergaserbehälter bzw. aus dem Festbettvergaser gefördert werden. Demnach kann auch mehr Ausgangsmaterial (Brennstoff) im Vergaserbehälter vergast werden.

Kurzbeschreibung der Figuren

Fig. 1 ist eine schematische Längsschnittansicht eines Festbettvergasers;

Fig. 2 ist eine schematische Längsschnittansicht eines Vergasereinsatzes;

Fig. 3 ist eine schematische Draufsicht auf zwei Walzen;

Fig. 4 ist eine schematische Längsschnittansicht zweier nebeneinander angeordneter Walzen; und

Fig. 5 ist eine vereinfachte schematische Längsschnittansicht eines Festbettvergasers mit mehr als zwei Walzen.

Beschreibung der Aspekte der vorliegenden Offenbarung

Nachstehend werden Aspekte der vorliegenden Offenbarung auf der Basis der zugehörigen Figuren beschrieben. Die dargestellten Aspekte sind lediglich beispielhaft und können, soweit technisch sinnvoll, miteinander kombiniert werden.

Fig. 1 ist eine schematische Längsschnittansicht eines Festbettvergasers F. Der nachfolgend beschriebene Festbettvergaser F ist insbesondere zur Vergasung von Schlacke bildenden festen Brennstoffen, insbesondere von Abfällen, z.B. Klärschlamm, geeignet. Der Festbettvergaser F weist einen Vergaserbehälter VB auf. Der Vergaserbehälter VB weist in seinem in Axialrichtung bzw. Höhenrichtung H betrachteten obersten Abschnitt eine Brennstoffzuführung 1 sowie eine Haupt- Vergasungsmittelzuführung 2a und eine Neben-Vergasungsmittelzuführung 2b auf. Über die Brennstoffzuführung 1 wird dem Vergaserbehälter VB der zu vergasende (feste) Brennstoff, insbesondere Schlacke bildender Brennstoff, zugeführt. Über die Vergasungsmittelzuführungen 2a, 2b wird dem Vergaserbehälter VB des Festbettvergasers F ein Vergasungsmittel, wie Luft, Sauerstoff, Wasserdampf oder Kohlenstoffdioxid, zugeführt. Der Vergaserbehälter VB weist einen Fallschacht 3 auf, an dessen obersten Abschnitt in einer Höhenrichtung H sich die Brennstoffzuführung 1 und die Vergasungsmittelzuführungen 2a, 2b anschließen. Der Fallschacht 3 mündet mit seinem untersten Abschnitt in einen, insbesondere druckdichten, Vergasermantel 4. Der Fallschacht 3 ist hohlzylindrisch ausgebildet.

Die Haupt-Vergasungsmittelzuführung 2a kommt bei jeder Betriebsart des Festbettvergasers F zum Einsatz. Die Neben-Vergasungsmittelzuführung 2b kommt zum Einsatz, wenn man mit Sauerstoff und Wasserdampf/Kohlendioxid die Anlage fährt. Der druckdichte Vergasermantel 4 ist im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet. An seiner Oberseite (oberste Seite des Vergasermantels 4 in Höhenrichtung H) weist der Vergasermantel 4 eine Öffnung 5 auf, über die der Fallschacht 3 mit dem Vergasermantel 4 verbunden ist. Der Oberteil des Festbettvergasers F, also der Fallschacht 3 mit Brennstoffzuführung 1 und Haupt- Vergasungsmittelzuführung 2a sowie Neben-Vergasungsmittelzuführung 2b bildet einen Flansch 5 aus und ist an den Vergasermantel 4 angeflanscht. Die Flanschverbindung zwischen dem Oberteil des Festbettvergasers F und dem Vergasermantel 4 ist zur Umwelt hin gasdicht abgedichtet, sodass kein Gas zwischen dem Oberteil des Festbettvergasers F und dem Vergasermantel 4aus dem Festbettvergaser F entweichen kann.

In dem Vergaserbehälter VB, der in den Vergasermantel 4 hineinragt, liegen innerhalb des Vergasermantels 4 in Höhenrichtung H aufeinanderfolgende, unterschiedliche Temperaturzonen 6 bis 9 vor. Die in Höhenrichtung H des Festbettvergasers F betrachtete oberste Temperaturzone ist die Trocknungszone 6. Bei einer Trocknungstemperatur von ca. 100°C wird hier das in dem Brennstoff enthaltene Wasser verdampft. Darunter schließt sich die Pyrolysezone 7 an, in der bei einer Pyrolysetemperatur von bis zu 250°C der Brennstoff zersetzt wird. Unterhalb der Pyrolysezone 7 schließt die Oxidationszone 8 an, in der bei einer Oxidationstemperatur von bis zu 1700°C der im Brennstoff vorkommende Kohlenstoff und Wasserstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasser oxidiert werden (s.o.). Unterhalb der Oxidationszone 8 schließt die Reduktionszone 9 als unterster Abschnitt des Vergaserbehälters VB an, in der bei einer Reduktionstemperatur zwischen 600°C und 800°C das in der Oxidationszone 6 gewonnene Kohlenstoffdioxid und Wasser reduziert werden. Nach der Reduktion liegt das fertige Produkt, nämlich ein Produkt- oder Synthesegas, vor.

Als fester Rückstand der Vergasung in den Temperaturzonen 6 bis 9 im Festbettvergaser F bleiben kohlenstoffhaltige Asche sowie Schlacke übrig. Diese werden über einen Auslass am Vergaserbehälter VB (unterster Abschnitt des Vergaserbehälters VB in Höhenrichtung H), der innerhalb des Vergasermantels 4 angeordnet ist, in den Vergasermantel 4 ausgelassen. Um diese festen Rückstände aus dem Vergasermantel 4 abzuführen und homogene Schüttungsverhältnisse im Vergasermantel 4 garantieren zu können, werden die festen Rückstände mithilfe von zumindest zwei gegenläufig drehenden Walzen 10 (in Bezug auf Fig. 3 bis Fig. 5 näher beschrieben), die in einem (in Höhenrichtung H betrachteten) unteren Abschnitt des Vergasermantels 4 angeordnet sind, in einen Asche- und Gasabzug 11 gefördert. Der Vergasermantel 4 verjüngt sich zum Asche- und Gasabzug 11 hin konisch. Über den Asche- und Gasabzug 11 werden die festen Rückstände sowie das gewonnene Produktgas aus dem Festbettvergaser F abgeführt.

Der Abschnitt des Vergaserbehälters VB, in dem die Temperaturzonen 6 bis 9 vorliegen, ist hier als separat von dem Fallschacht 3 ausgebildeter Vergasereinsatz 12 ausgebildet. Der Vergasereinsatz 12 ist innerhalb des Vergasermantels 4 angeordnet und erstreckt sich in die Höhenrichtung H. Der Vergasereinsatz 12 weist, wie auch der Fallschacht 3, eine Hohlzylinderform auf. Der Durchmesser, insbesondere Innendurchmesser, des Vergasereinsatzes 12 entspricht vorteilhafterweise dem Durchmesser, vorzugsweise Innendurchmesser, des Fallschachts 3. Der Vergasereinsatz 12 beschränkt den Durchmesser der Temperaturzonen 6 bis 9 auf seinen eigenen Innendurchmesser. Die einer Mittel längsachse M des Vergaserbehälters VB zugewandte Seite des Vergasereinsatzes 12, der zumindest einen Abschnitt der Behälterwandung des Vergaserbehälters VB ausbildet, wird als Innenmantel 13 bezeichnet. Der Innenmantel 13 ist vorteilhafterweise aus Edelstahl gefertigt. Zusammen mit einem Außenmantel 14, der von dem Innenmantel 13 parallel beabstandet ist, schließt der Innenmantel 13 eine Temperaturhomogenisierungsschicht 15 ein. Der Außenmantel 14 ist vorteilhafterweise ebenfalls aus (stabilem) Edelstahl hergestellt. Insbesondere wird Kupfer als Temperaturhomogenisierungsschicht 15 verwendet. Das Kupfer sorgt dafür, dass die Temperatur in Höhenrichtung H und in Umfangsrichtung des Vergaserbehälters VB optimal homogen verteilt ist.

Der Vergasereinsatz 12, insbesondere dessen oberster Abschnitt in Höhenrichtung H, ist mithilfe einer Halterung 16, , mit dem Fallschacht 3, insbesondere mit dessen unterstem Abschnitt in Höhenrichtung H, verbunden. Die Halterung 16 ist eine Art Flansch, der an den Vergasereinsatz angeflanscht ist. Als Dichtung für die beiden Flansche kann eine Isolierplatte angebracht sein. , Durch diese Isolierplatte ist der Vergasereinsatz 12 thermisch von dem Fallschacht 3 isoliert. Weiterhin ist zwischen dem Außenmantel 14 und der Innenwandung des Vergasermantels 4 eine Temperatur- Isolierschicht 17 vorgesehen. Die Temperatur-Isolierschicht 17 verstärkt den dem Vergasereinsatz 12 innewohnenden Effekt der Temperaturhomogenisierung bzw. der gleichmäßigen Verteilung der Temperatur und damit das Vermindern oder gar Verhindern von Temperaturgradienten innerhalb des Vergaserbehälters VB bzw. Vergasereinsatzes 12. Die Temperatur-Isolierschicht 17 ist hohlzylindrisch ausgebildet und umgibt den Vergasereinsatz 12 von außen.

Fig. 2 ist eine schematische Längsschnittansicht des Vergasereinsatzes 12. Es ist gut zu erkennen, wie die Temperaturhomogenisierungsschicht 15 von dem Innenmantel 13 und dem Außenmantel 14 eingefasst bzw. umfasst ist. Die Temperaturhomogenisierungsschicht 15 kann unter Umständen bei sehr hohen Temperaturen (ab ca. 1085°C bei Kupfer) schmelzen bzw. sich verflüssigen. Da im Festbettvergaser F Temperaturen bis zu 1700°C auftreten, kann es also passieren, dass das Kupfer schmilzt. Das Einschließen der Temperaturhomogenisierungsschicht 15 durch Innenmantel 13 und Außenmantel 14 verhindert ein „Wegfließen“ der Temperaturhomogenisierungsschicht 15.

Fig. 3 ist eine schematische Draufsicht auf zwei ineinandergreifende Walzen 10, die im Vergasermantel 4, insbesondere unmittelbar, unterhalb des Auslasses des Vergaserbehälters VB angeordnet sind. Mithilfe der Walzen 10 werden feine und grobe Asche- bzw. Schlackepartikel achsensymmetrisch und proportional zu einer Walzendrehzahl gefördert. Die Walzen 10 unterstützen somit einen störungsfreien Dauerbetrieb des Festbettvergasers F und eine gute Gasqualität (kaum bzw. gar nicht verunreinigtes Gas). Der Achsabstand AA zwischen den beiden Walzenlängsachsen W der Walzen 10 entspricht dabei mindestens dem Durchmesser DM des Vergasereinsatzes 12.

Die Walzen 10 setzen sich aus einer Vielzahl an ringförmigen Walzenscheiben 18,

19 zusammen. Die ringförmigen Walzenscheiben 18, 19 sind entlang der Walzenlängssachse W hintereinander angeordnet und drehfest bzw. einstückig miteinander verbunden. Dabei wechseln sich Walzenscheiben 18 mit einem glatten Außenumfang und Walzenscheiben 19 mit über ihren Außenumfang verteilten Zähnen

20 ab. Die Walzenscheiben 19 mit Zähnen 20 sind in ihrem Durchmesser um die Zähne 20 größer als die glatten Walzenscheiben 18. Die glatten bzw. zahnlosen Walzenscheiben 18 einer Walze 10 kontaktieren jeweils die Walzenscheiben 19 mit Zähnen 20 der daneben angeordneten anderen Walze 10. Auf diese Weise reinigen sich die nebeneinander angeordneten beiden Walzen 10 gegenseitig. Dabei kämmen zumindest jeweils ein Zahn 20 mit dem jeweils korrespondieren Zahn 20 der benachbarten Walze 10 in Walzenlängsrichtung miteinander.

Fig. 4 zeigt, wie auch Fig. 1 , eine Längsschnittansicht zweier ineinandergreifender und gegenläufig drehender Walzen 10, die sich oben (vergasereinsatzseitig) zueinander drehen und somit ein Walzenpaar ausbilden. Der Pfeil D in der jeweiligen Walze 10 zeigt deren Drehrichtung an. Es ist zu erkennen, dass die Walzen 10 zueinander drehen. Dabei drehen sich die Walzen 10 von dem Auslass des Vergaserbehälters VB weg (s. Fig. 1 ). Die Zähne 20 der zusammenwirkenden Walzen 10 eines Walzenpaars greifen ineinander und kämmen miteinander. Dadurch erfassen und zerdrücken die Zähne 20 brockenförmige Schlacke. Die Zähne 20 einer Walzenscheibe 19 unterscheiden sich in ihrer Größe und teilen sich in Zähne 20 und kleinere Zähne 20, die kleiner als die Zähne 20 sind, auf. Dabei wechseln sich über den Außenumfang der jeweiligen Walzenscheibe 19 die Zähne 20 und die kleineren Zähne 20 gegenseitig ab. Die Walzen 10 sind so zueinander angeordnet und ausgerichtet, dass jeweils ein Zahn 20 einer Walze 10 mit einem Zahn 20 der daneben angeordneten anderen Walze 10 des Walzenpaars und jeweils ein kleinerer Zahn 20 der einen Walze 10 mit einem kleineren Zahn 20 der daneben angeordneten anderen Walze 10 des Walzenpaars kämmt bzw. zusammenwirkt. Insbesondere sind die Wellenlängsachsen W der beiden nebeneinander angeordneten Walzen 10, 10 parallel zueinander. Zudem sind die Zähne 20 auf den Walzenscheiben 19 in Bezug auf die jeweilige Walzenlängsachse W spiralförmig bzw. wendeiförmig angeordnet. Dies bewirkt, dass immer nur ein Paar Zähne 20 des Walzenpaars im Eingriff ist. Vorteilhafterweise kann so die Antriebsleistung für die Walzen 10 und die Belastung auf eine Walzenlagerung minimiert werden.

Weiterhin können die Walzen 10 sehr hohe Temperaturen erreichen, da die von ihnen geförderte Asche und Schlacke Temperaturen bis zu 1000°C aufweist. Eine Kühlung der Walzen 10 ist somit erforderlich. Dementsprechend sind die Walzen 10 zur Kühlung auf Hohlwellen 21 angeordnet. Die Hohlwellen 21 werden von einem Kühlungsmittel, insbesondere von Wasser oder Öl, durchströmt, um die Walzen 10 zu kühlen. Dank dieser Art der Kühlung können günstige bzw. einfache Dichtungen und Lager, insbesondere Radialwellendichtringe, im Festbettvergaser F verwendet werden. Vorteilhafterweise kann das zur Kühlung an den heißen Walzen 10 vorbeigeströmte und dadurch erhitzte Kühlungsmittel für die Trocknung des festen Brennstoffs verwendet werden. Besonders sinnvoll ist es dabei, den festen Brennstoff mithilfe der Wärme aus dem erhitzten Kühlungsmittel außerhalb des Festbettvergasers F zu trocknen.

Unter Beachtung des Verhältnisses des Walzen-Achsabstands zu dem Innendurchmesser des Vergasereinsatzes 12 kann der Festbettvergaser F skaliert werden. Fig. 5 ist eine vereinfachte schematische Längsschnittansicht des Festbettvergasers F mit vier nebeneinander angeordneten Walzen 10. Zur Vereinfachung ist hier nur der Vergasereinsatz 12 dargestellt, sowie die innerhalb des Vergasereinsatzes 12 auftretenden Temperaturzonen 6 bis 9. Unterhalb des Vergasereinsatzes 12 sind auf einer Höhe in Höhenrichtung H vier Walzen 10 angeordnet. Der Achsabstand der beiden äußersten Walzen 10 entspricht zumindest dem Innendurchmesser des Vergasereinsatzes 12. Jede Walze 10 dreht sich jeweils zu der bzw. den neben ihr angeordneten Walze(n) 10 gegenläufig. Dabei bilden jeweils die äußeren und die direkt neben ihr angeordneten inneren Walzen 10 jeweils ein Walzenpaar. Für den Fall, dass im Festbettvergaser F mehr als ein Walzenpaar vorgesehen ist, sind die Walzen 10 kleiner und haben einen größeren Abstand zur Oxidationszone 8 bzw. von der Reduktionszone 9 als im Vergleich mit einem Festbettvergaser F, der lediglich ein Walzenpaar aufweist. Auf diese Weise kann auch ein Festbettvergaser F mit mehr als einem Walzenpaar die bei der Vergasung anfallende (kohlenstoffhaltige) Asche sowie Schlacke aus dem Vergaserbehälter VB fördern, bzw. dieses Material nach unten zum Auslass hin fördern. Die Walzen 10 eines Walzenpaares drehen sich zueinander. Die inneren Walzen 10 der jeweils unterschiedlichen Walzenpaare drehen sich voneinander weg. Die Walzen 10 sind so wie in den Figuren 3 und 4 gezeigt aufgebaut und so angeordnet, dass jeweils die Walzenscheiben 18 ohne Zähne einer Walze jeweils den Walzenscheiben 19 mit Zähnen einer anderen (benachbarten) gegenläufig drehenden Walze gegenüberliegen und umgekehrt

Bezugszeichenliste

I Brennstoffzuführung

2a Haupt-Vergasungsm ittelzuführung

2b Neben-Vergasungsm ittelzuführung

3 Fallschacht

4 Vergasermantel

5 Öffnung

6 Trocknungszone

7 Pyrolysezone

8 Oxidationszone

9 Reduktionszone

10 Walze

I I Asche- und Gasabzug

12 Vergasereinsatz

13 Innenmantel

14 Außenmantel

15 Temperaturhomogenisierungsschicht

16 Halterung

17 Temperatur-Isolierschicht

18 glatte Walzenscheibe

19 Walzenscheibe mit Zähnen

20 Zähne

21 Hohlwelle

AA Achsabstand der Walzen

D Drehrichtung Walze

DM Durchmesser des Auslasses des Vergaserbehälters

F Festbettvergaser

H Höhenrichtung

M Mittelachse Vergaserbehälter

R Radialrichtung

VB Vergaserbehälter

W Walzenlängsachse