DE10001095C1 - Düse zum Einblasen von Luft in einen Feststoffvergaser - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Düse (10) zum Einblasen von Luft in einen Wirbelschicht-Feststoffvergaser zum Vergasen eines Feststoffs wie beispielsweise getrocknetem und granuliertem Klärschlamm. Die Erfindung schlägt vor, die Düse (10) mit einer Haube (18) als erste Luftleiteinrichtung (18) auszubilden, die eine Luftströmung um näherungsweise 180 DEG umlenkt und die in axialer Richtung verstellbar ist. Durch die Verstellmöglichkeit der Haube (18) lässt sich eine Luftaustrittsgeschwindigkeit aus der Düse (10) bei gegebener Luftdurchtrittsmenge einstellen. Dadurch lassen sich günstige Strömungseigenschaften und Strömungsgeschwindigkeiten für die Ausbildung der Wirbelschicht im Feststoffvergaser erreichen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Düse zum Einblasen von Luft in einen Feststoffvergaser. Derartige Vergaser dienen der Umwandlung eines festen Stoffes in ein brennbares Gas bzw. Gasgemisch (Vergasung), wobei die Umwandlung üblicherweise eine thermische Zersetzung ist. Die bekanntesten Feststoffvergaser sind sog. Holzvergaser. Prinzipiell gleich wie Holz lässt sich auch sonstige Biomasse, beispielsweise auch getrockneter und granulierter Klärschlamm vergasen. Für letzteren Einsatzzweck ist die erfindungsgemäße Düse vorgesehen, sie ist allerdings nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt. Zur Vergasung wird dem Feststoffvergaser Luft zugeführt. Dabei ist die erfindungsgemäße Düse zur Ausbildung einer Wirbelschicht in einem sog. Wirbelschichtvergaser vorgesehen.

Dem Vergaser muss Luft in einem bestimmten Verhältnis zum zu vergasenden Feststoff zugeführt werden, es darf weder zuviel noch zuwenig Luft zugeführt werden. Dabei tritt allerdings das Problem auf, dass die Luft zur Ausbildung der Wirbelschicht mit einer bestimmten Geschwindigkeit in den Feststoffvergaser eingeblasen werden muss. Die Luftgeschwindigkeit ist zwar in einem begrenzten Bereich wählbar, allerdings ist die Luftgeschwindigkeit nicht beliebig, auch sie darf weder zu hoch noch zu niedrig sein. Die Luftgeschwindigkeit kann jedoch nicht durch die Luftmenge eingestellt werden, da die Luftmenge nicht frei wählbar sondern wie oben dargelegt durch die Menge des zu vergasenden Feststoffes vorgegeben ist.

Aus der DE 156 310 C1 ist eine Düse zum Einblasen von Luft in einen Vergaser bekannt, die ein stehend unten im Vergaser angeordnetes Rohr aufweist, dessen oberes Ende eine Luftaustrittsöffnung bildet. Das Rohr wird abgedeckt von einer Kegelhaube, der eine erste Luftleiteinrichtung bildet, die die aus dem Rohr austretende Luft nach unten umlenkt. Unterhalb der ersten Luftleiteinrichtung ist eine zweite, kegelringförmige Luftleiteinrichtung vorgesehen, die die aus dem Rohr austretende und von der ersten Luftleiteinrichtung nach unten umgelenkte Luft schräg nach außen vom Rohr weg umlenkt. Bei der bekannten Düse stellt sich eine Austrittsgeschwindigkeit der Luft abhängig von einem Luftdurchsatz durch die Düse ein, die Austrittsgeschwindigkeit der Luft lässt sich bei vorgegebenem Luftdurchsatz nicht verändern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Düse zum Einblasen von Luft in einen Feststoffvergaser vorzuschlagen, bei der bei einem vorgegebenen Luftdurchsatz eine Geschwindigkeit, mit der die Luft aus der Düse austritt, einstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Düse weist ein Rohr auf, welches mindestens eine Luftaustrittsöffnung an einem Ende aufweist. Des weiteren weist die erfindungsgemäße Düse eine erste Luftleiteinrichtung auf, die an dem die Luftaustrittsöffnung aufweisenden Ende des Rohrs angeordnet ist. Die Luftleiteinrichtung lenkt aus der Luftaustrittsöffnung ausströmende Luft um zurück in Richtung des Rohrs. Die umgelenkte Luft strömt also achsparallel außen am Rohr entlang oder schräg nach außen vom Rohr weg. Die Luft wird von der ersten Luftleiteinrichtung gegenüber ihrer Strömung im Rohr um einen Winkel zwischen 90° und 180° umgelenkt. Um die Luftgeschwindigkeit einstellen zu können ist die erste Luftleiteinrichtung in axialer Richtung des Rohrs verstellbar.

Die erfindungsgemäße Düse hat den Vorteil, dass sie bei einer vorgegebenen Luftdurchsatzmenge eine Einstellung der Luftaustrittsgeschwindigkeit und dadurch die Ausbildung einer Wirbelschicht zur thermischen Zersetzung eines Feststoffs in einem Feststoffvergaser ermöglicht. Mit der erfindungsgemäßen Düse lässt sich bei unterschiedlichen zu vergasenden Feststoffmengen pro Zeit eine hohe Umwandlungsrate und damit ein guter Wirkungsgrad des Feststoffvergasers erreichen.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Luftleiteinrichtung als Haube ausgebildet, deren Innendurchmesser größer als ein Außendurchmesser des Rohrs ist, so dass ein ringförmiger Zwischenraum zwischen der Haube und dem Rohr besteht, durch den die Luft austreten kann. Die Haube überdeckt das die Luftaustrittsöffnung aufweisende Ende des Rohrs und lenkt die ausströmende Luft in gewünschter Weise um.

Die Luftaustrittsöffnung kann an einem Stirnende des Rohrs vorgesehen sein. Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist eine, vorzugsweise sind mehrere Luftaustrittsöffnungen in einer Rohrwand, also am Umfang des Rohrs vorgesehen. Die Luftaustrittsöffnungen am Umfang des Rohrs können zusätzlich oder anstatt einer oder mehrerer Luftaustrittsöffnungen am Stirnende des Rohrs vorgesehen sein.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist das Stirnende des Rohrs verschlossen, die Düse weist also ausschließlich Luftaustrittsöffnungen am Umfang des Rohrs auf.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist die Düse eine zweite Luftleiteinrichtung auf, die die Luft nach ihrer Umlenkung durch die erste Luftleiteinrichtung nach außen vom Rohr weg umlenkt. Die zweite Luftleiteinrichtung ist vorzugsweise als kegelförmiger, das Rohr umschließender Kragen ausgebildet und so am Rohr angeordnet, dass zwischen der ersten und der zweiten Luftleiteinrichtung ein Abstand oder Spalt zum Austritt der Luft besteht.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Düse ein Stellmittel auf, mit der die erste Luftleiteinrichtung in axialer Richtung verstellbar ist. Das Stellmittel, beispielsweise ein Gewindestab, verläuft durch das Rohr hindurch und ermöglicht dadurch eine Verstellung der ersten Luftleiteinrichtung von außerhalb des Feststoffvergasers. Die Düse muss dadurch zum Verstellen der ersten Luftleiteinrichtung nicht aus dem Feststoffvergaser ausgebaut werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Achsschnitt einer erfindungsgemäßen Düse.

Die in der Zeichnung dargestellte, erfindungsgemäße Düse 10 ist zum Einblasen von Luft in einen nicht dargestellten, an sich bekannten Wirbelschicht- Feststoffvergaser zur Vergasung von beispielsweise getrocknetem und granuliertem Klärschlamm vorgesehen. Die Düse 10 weist ein Rohr 12 auf, dessen in der Darstellung oberes Stirnende mit einer aufgeschweissten Deckscheibe 14 verschlossen ist. Im Bereich des verschlossenen Stirnendes ist das Rohr 12 mit Bohrungen 16 als Luftaustrittsöffnungen 16 versehen, die über den Umfang verteilt angeordnet sind. An dem mit den Luftaustrittsöffnungen 16 versehenen Ende des Rohrs 12 ist eine Haube 18 angeordnet, die das Ende des Rohrs 12 bis über die Luftaustrittsöffnungen 16 hinweg überdeckt. Die Haube 18 bildet eine erste Luftleiteinrichtung 18 der erfindungsgemäßen Düse 10.

Die Haube 18 hat im dargestellten Ausführungsbeispiel die Form eines hohlzylindrischen Topfs mit ebenem Boden. Diese Form der Haube 18 ist aus Gründen der einfachen und preisgünstigen Herstellbarkeit gewählt worden. Aus strömungstechnischen Gesichtspunkten wären möglicherweise andere Formen der Haube 18 bzw. ersten Luftleiteinrichtung 18 günstiger. Die Haube 18 ist mit axialem Abstand von der Deckscheibe 14 des Rohrs 12 angeordnet und sie weist einen größeren Innendurchmesser als ein Außendurchmesser des Rohrs 12 auf, so dass ein Zwischenraum zwischen der Haube 18 und dem Rohr 12 besteht, durch den Luft austreten kann. Die Haube 18 lenkt Luft, die im Rohr 12 in Richtung der Deckscheibe 14 strömt und durch die Luftaustrittsöffnungen 16 austritt um nahezu 180° um, so dass die Luft entlang einer Außenseite des Rohrs 12 in der Zeichnung nach unten strömt.

Mit axialem Abstand von einer offenen Seite der Haube 18 ist eine zweite Luftleiteinrichtung 20 außen am Rohr 12 angebracht. Die zweite Luftleiteinrichtung 20 hat die Form eines kegelringförmigen Kragens, der auf das Rohr 12 aufgesetzt und mit diesem verschweisst ist. Dabei ist eine durchmesserkleinere Seite des die zweite Luftleiteinrichtung 20 bildenden Kragens 20 der die erste Luftleiteinrichtung 18 bildenden Haube 18 zugewandt. Der Kragen 20 lenkt Luft, die von der Haube 18 in etwa parallel am Rohr 12 entlangströmend umgelenkt worden ist schräg nach außen vom Rohr 12 weg um. Diese Strömungsführung dient der Ausbildung einer Wirbelschicht im nicht dargestellten Feststoffvergaser, in den die Düse 10 von einer Unterseite her eingesetzt wird.

Nahe einem den Luftaustrittsöffnungen 16 fernen Ende des Rohrs 12 ist eine Flanschscheibe 22 mit dem Rohr 12 verschweisst, die der Verschraubung mit einem nicht dargestellten Flansch des Feststoffvergasers dient. Die Flanschscheibe 22 dient also der mechanischen Befestigung der Düse 10 am Feststoffvergaser, wobei das Rohr 12 mit der Haube 18 in einen unteren Bereich des Feststoffvergasers hineinragt. Die Flanschscheibe 22 hat einen so großen Durchmesser, dass die Düse 10 mit der radial überstehenden Haube 18 und dem radial überstehenden Kragen 20 durch den nicht dargestellten Flansch des Feststoffvergasers durchsteckbar ist.

An dem den Luftaustrittsöffnungen 16 fernen Ende ist das Rohr 12 mit einem Flansch 24 verschweist, der der Verschraubung mit einem nicht dargestellten Flansch einer Luftzufuhrleitung vorgesehen ist. Am Flansch 24 liegt eine Zwischenflanschscheibe 26 an, die in ihrer Mitte einen Lochring 28 trägt, der über zwei Radialstege 30 einstückig mit der Zwischenflanschscheibe 26 ist. In der Zeichnung ist der Schnitt durch die Zwischenflanschscheibe 26 rechtwinklig abgeknickt dargestellt, so dass auf der rechten Seite der Zeichnung der Radialsteg 30 sichtbar ist und auf der linken Seite der Schnitt durch eine Luftdurchtrittsöffnung 32 in der Zwischenflanschscheibe 26 verläuft. Die Zwischenflanschscheibe 26 weist zwei solche Luftdurchtrittsöffnungen 32 auf, die den Lochring 28 in der Mitte der Zwischenflanschscheibe 26 halbkreisförmig umschließen und in Umfangsrichtung durch die beiden Radialstege 30, die den Lochring 28 tragen, unterbrochen sind. Die Zwischenflanschscheibe 26 ist durch die Verschraubung des Flanschs 24 mit dem nicht dargestellten Flansch der Luftzufuhrleitung am Flansch 24 der Düse 10 gehalten.

Die Zwischenflanschscheibe 26 dient zur axial verstellbaren Halterung der die erste Luftleiteinrichtung 18 bildenden Haube 18. Eine mit der Haube 18 verschweisste, axial angeordnete Stange 34 tritt axial verschieblich durch ein Mittelloch 36 der Deckscheibe 14 des Rohrs 12 hindurch. Die Stange 34 verläuft durch das Rohr 12 der Düse 10 hindurch und ist mit ihrem der Haube 18 fernen Ende durch den Lochring 28 der Zwischenflanschscheibe 26 durchgesteckt. An diesem Ende ist die Stange 34 mit einem Gewinde versehen, auf das auf jeder Seite der Zwischenflanschscheibe 26 eine Mutter 38 aufgeschraubt und festgezogen ist. Auf diese Weise ist die Haube 18 an der Düse 10 befestigt. Durch Verdrehen der Muttern 38 lässt sich die Stange 34 und mit ihr zusammen die Haube 18 axial verschieben. Die Stange 34 bildet somit ein Stellmittel 34 zur axialen Verstellung der die erste Luftleiteinrichtung 18 bildenden Haube 18. Durch axiales Verstellen der Haube 18 lässt sich eine Breite eines Spalts zwischen der Haube 18 und dem Kragen 20, durch den die Luft aus der Düse 10 austritt, verstellen und damit eine Austrittsgeschwindigkeit der Luft bei gegebenem Luftdurchsatz durch die Düse 10 einstellen. Diese Einstellmöglichkeit dient der Ausbildung der Wirbelschicht im nicht dargestellten Feststoffvergaser mit für die Vergasung günstigen Strömungsverhältnissen und Strömungsgeschwindigkeiten. Die Axialverstellung der Haube 18 ist von einer Außenseite des nicht dargestellten Feststoffvergasers möglich, die Düse 10 muss zur Verstellung also nicht aus dem Feststoffvergaser ausgebaut werden, es muss lediglich die Luftzufuhrleitung vom Flansch 24 der Düse 10 gelöst werden.

Claims (7)

1. Düse zum Einblasen von Luft in einen Feststoffvergaser, mit einem Rohr (12), welches mindestens eine Luftaustrittsöffnung (16) an einem Ende aufweist, und mit einer ersten Luftleiteinrichtung (18), die an dem die Luftaustrittsöffnung (16) aufweisenden Ende des Rohrs (12) angeordnet ist und die eine Luftströmung aus der Luftaustrittsöffnung (16) heraus in Richtung des Rohrs (12) und von dem die Luftaustrittsöffnung (16) aufweisenden Ende des Rohrs (12) weg umlenkt, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Luftleiteinrichtung (18) in axialer Richtung des Rohrs (12) verstellbar ist.

2. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Luftleiteinrichtung (18) eine Haube (18) ist, deren Innendurchmesser größer als ein Außendurchmesser des Rohrs (12) ist und die das die Luftaustrittsöffnung (16) aufweisende Ende des Rohrs (12) überdeckt.

3. Düse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (12) mindestens eine Luftaustrittsöffnung (16) an seinem Umfang aufweist.

4. Düse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stirnende des Rohrs (12) verschlossen ist.

5. Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (10) eine zweite Luftleiteinrichtung (20) aufweist, die mit Abstand von dem die Luftaustrittsöffnung (16) aufweisenden Ende des Rohrs (12) an einer Außenseite des Rohrs (12) angeordnet ist und die eine von der ersten Luftleiteinrichtung (18) umgelenkte Luftströmung nach außen umlenkt.

6. Düse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Luftleiteinrichtung (20) als kegelförmiger, das Rohr (12) umschließender Kragen (20) ausgebildet ist.

7. Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (10) ein Stellmittel (34) für die erste Luftleiteinrichtung (18) aufweist, das durch das Rohr (12) hindurch verläuft.