DK174582B1 - Fremgangsmåde og generator til forgasning af fast biobrændsel - Google Patents

Description

DK 174582 B1

Teknisk Område

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til forgasning af fast, moderat risledygtigt biobrændsel i en medstrømsgasgenerator med åben kerne og fast forgas-5 ningsleje, hvor brændselsmaterialet og primærluft indføres foroven og fra oven og nedefter passerer a) en tørrezone, b) en pyrolysezone, c) en forbrændingszone med flammende pyrolyse, hvortil der indføres sekundærluft, og hvor brændslet er understøttet ved hjælp af en indsnævring i generatorens indre tværsnit, d) en reduktionszone, og e) eventuelt en inaktiv trækulszone, samt en medstrømsgenerator, der kan anvendes ved 10 fremgangsmåden og et anlæg til varme- eller kraftvarmeproduktion omfattende med strømsgeneratoren.

Teknisk Baggrund 15 Til udnyttelse af biomasse som brændsel kan biomassen med fordel omdannes til en brændbar gas ved forgasning. Blandt de forskellige kendte metoder til forgasning af biomasse kan nævnes medstrømsforgasning i en trinopdelt gasgenerator, som eksempelvis beskrevet i underkapitel 5.8 “The Stratified Downdraft Gasifier” i “Handbook of Biomass Downdraft Gasifier Engine Systems” udgivet af Solar Energy Research Insti-20 tute (SERI), Colorado, USA, (marts 1988), side 38 - 42. 1 denne gasgenerator, der består af en cylindrisk beholder med åben top, passerer luft og biomasse med jævn hastighed ned gennem forskellige zoner. I den første zone pase-rer luften gennem den endnu uomsatte biomasse.

25 I begyndelsen af den anden zone reagerer biomassen med luft under flammende pyrolyse, hvor f.eks. flygtige træolier brænder under dannelse af C02 og H20 og giver varme til pyrolyseprocessen. I den sidste del af den anden zone, når oxygen er brugt op, dannes der under fortsat pyrolyse CO og H2 og biomassen omdannes til trækul. Den 30 samlede tilførte luftmængde i den anden zone er således mindre end det, der kræves til 2 DK 174582 B1 en fuldstændig (støkiometrisk) forbrænding. Temperaturen i den anden zone ligger sædvanligvis omkring 1000 - 1150 °C.

I den tredie zone er processen en adiabatisk trækulforgasning, hvor de varme gasser 5 dannet under pyrolysen reagerer med trækullet under dannelse af yderligere CO og H2.

Her omdannes det faste trækul under udnyttelse af gassens varme til dannelse af en produktgas med højt indhold af kemisk energi og temperaturen falder til ca. 800 °C. Til sidst er trækullet forgasset fuldstændigt og den resterende aske falder ned gennem en rist i bunden. Den dannede produktgas udtages ligeledes gennem bundristen og dens 10 energi kan udnyttes ved en gasforbrændingsprocess efter rensning, f. eks. i en cyklon.

Det anføres i ovennævnte reference fra SERI (side 39, højre spalte), at en fordel ved den trinopdelte medstrømsgenerator med cylindrisk udformning er, at den tillader en kontinuerlig strømning af besværligt biobrændsel uden brodannelse og kanaldannelse.

15 Vedrørende brodannelse anføres desuden i et forudgående underkapitel (5.7.2, side 34, højre spalte) under omtale af den klassiske Imbert-gasgenerator med lukket top, at brodannelse og kanaldannelse ved indskrænkning af brændselpassage ved herden giver store tjæremængder fordi upyrolyseret biomasse falder ned i reaktionszonen (reduktionszonen).

20 DK 172 277 anviser en trinopdelt gasgenerator, hvor der foruden primærluft gennem generatorens top indføres sekundærluft i pyrolysezonen, hvorved en partiel forbrænding af pyrolysegassen, en såkaldt flammende pyrolyse, understøttes. Forgasningsprocessen i denne kendte gasgenerator omfatter her ligesom ved den ovenfor beskrevne 25 trindelte medstrømsgasgenerator en tørrezone, en pyrolysezone der går over i en pyrolyse- og forbrændingszone (flammende pyrolyse), en reduktionszone og en inaktiv træku lszone

Procesforløbet stabiliseres og styres indirekte med en ringformet herd af ildfast materiale, som skal sikre en stabil overgang mellem pyrolysezonen og den flammende pyro-30 lysezone ved den kontinuerlige process. Skønt denne foranstaltning forbedrer stabiliteten, er dette dog ikke tilstrækkeligt, idet der også anvises en temperatumiveauføler med 3 DK 174582 B1 flere temperatur-niveauområder, som basis for en kompliceret temperaturregulering med mulighed for afkøling ved indsprøjtning af vand og regulering af primærluft og/eller sekundærluft.

5 Kort beskrivelse af opfindelsen

Det har nu vist sig, at procesforløbet i en medstrømsgasgenerator til forgasning af fast moderat risledygtigt biobrændsel kan stabiliseres på en mere simpel måde ved at man udformer herden omkring den flammende pyrolysezone på en sådan måde, at det mo-10 derat risledygtige biobrændsel vil give anledning til brodannelse over herdens åbning.

Det er formålet med den foreliggende opfindelse at anvise en fremgangsmåde og et generatorapparat til kontinuerlig medstrømsforgasning af fast moderat risledygtigt biobrændsel med en god stabilitet med hensyn til procesforløbet og fastholdelse af place-15 ringen af de enkelte proceszoner uden kompliceret temperaturregulering på basis målinger i flere niveauer.

Dette opnås med en fremgangsmåde af den i indledningen nævnte art, der er ejendommelig ved, at man ved hjælp af indsvævringen i den flammende pyrolysezone (c) ved 20 brodannelse over indsnævringens åbning eller åbninger tilbageholder brændselsmaterialet, indtil materialet som resultat af den partielle forbrænding er omdannet til et materiale med en sådan risledygtighed, at det genoptager den nedadgående bevægelse mod reduktionszonen.

25 Opfindelsen angår endvidere en medstrømsgasgenerator med åben kerne og fast forgasningsleje til forgasning af fast, moderat risledygtig biobrændsel, omfattende en reaktor med åbning foroven til indføring af brændselsmateriale og primærluft til i rækkefølge fra oven og nedad a) en tørrezone, b) en pyrolysezone, c) en forbrændingszone med flammende pyrolyse, med åbning til indføring af sekundærluft, og en indsnævring 30 i generatorens indre tværsnit, d) en reduktionszone, og e) eventuelt en inaktiv trækulszone, og et opsamlingsrum i generatorens bund med organer til udtagning af henholds- 4 DK 174582 B1 vis aske og den ved forgasningen dannede brændselsgas, hvilken generator er ejendommelig ved at indsnævringen i den flammende pyrolysezone (c) er en herd med en eller flere åbninger dimensioneret i forhold til det anvendte biobrændsel således at materialet tilbageholdes ved brodannelse over herdens åbning eller åbninger, indtil materi-5 alet som resultat af den partielle forbrænding er omdannet til et materiale med en sådan risledygtighed, at det genoptager den nedadgående bevægelse mod reduktionszonen.

Desuden angår opfindelsen et anlæg til varme- eller kraftvarmeproduktion omfattende medstrømsgeneratore n.

10

Fremgangsmåden og generatoren ifølge opfindelsen bygger på den overraskende erkendelse, at man kan drage fordel af en brodannelse ved den tværsni tsindsnævrende herd. En sådan brodannelse har hidtil været anset for at være et uønsket fænomen.

15 Med den foreliggende opfindelse udnytter man, at brændselsmaterialets fysiske egenskaber ændrer sig i løbet af pyrolyseprocessen. Således vil udgangsmaterialet typisk bestå af forholdsvis store og uregelmæssige materialestykker, der let filtrer sammen og danner bro ved indsnævringer i materialestykkemes faldvej. Dette materiale betegnes i nærværende beskrivelse og krav som et “moderat risledygtigt materiale”. I løbet af py-20 roly seproces sen omdannes dette materiale til trækul med en mere finkomet og mere re gelmæssig kom form, hvilket betyder en forbedret risledygtighed og nedsat tendens til brodannelse.

Ved udnyttelse af dette princip bliver materialets overgang fra den flammende pyroly-25 sezone til reduktionszonen, der sker ved frit fald, reguleret på basis af materialets forvandling til risledygtigere trækul. Herved bliver denne afgørende del af procesforløbet selvregulerende, og det har vist sig, at den komplicerede procesregulereing på basis af temperaturmålinger i flere niveauer, som beskrevet i DK 172 277, ikke er nødvendig.

30 Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen kan den forgassede biomasse eller biobrændsel principielt være et hvilket som helst brændbart, organisk materiale, der foreligger 5 DK 174582 B1 som faste, forholdsvis små materialestykker af en passende ensartet størrelse, således at materialets risledygtighed kan bestemmes på en tilstrækkeligt pålidelig måde. Som eksempler på sådanne materialer kan nævnes forskellige former af sønderdelt træ i passende stykform, såsom træflis, træspåner, savsmuld samt træpiller, der kan være frem-5 stillet ved sammenpresning af sønderdelt træ og savsmuld.

Omfanget af opfindelsens anvendelighed vil fremgå af den efterfølgende detaljerede beskrivelse. Det skal imidlertid forstås, at den detaljerede beskrivelse og de specifikke eksempler, idet de angiver foretrukne udførelsesformer for opfindelsen, blot gives til 10 illustration, idet forskellige forandringer og modifikationer inden for opfindelsens rammer vil blive åbenbar for fagfolk på basis af den detaljerede beskrivelse.

Kort beskrivelse af tegningen 15 Opfindelsen belyses nærmere i det følgende i forbindelse med tegningen, hvor

Fig. 1 viser et snit gennem en gasgenerator ifølge opfindelsen, og

Fig. 2 viser i snit en udførelsesform af en herd i form af et konisk indløb, der leder til-20 strækkeligt risledygtigt materiale ned i en cylindrisk kanal.

Detaljeret beskrivelse af opfindelsen

Som vist på fig 1 er en gasgenerator udformet som en reaktor med en øvre cylindrisk 25 del 14 med et underliggende opsamlingskammer 13.

Den cylindriske del har en åben top, hvor brændslet kan indføres gennem et indføringsrør 9. Ved toppen er der desuden et indløb 11 for primærluft. I forlængelse af indføringsrøret 9 er der et brænderrør 1 med et lidt større tværsnitsareal end indføringsrøret 30 9. Brænderrøret 1 udmunder lige over en herd 2 af varmebestandigt materiale og ud- 6 DK 174582 B1 formet således, at tværsnitsarealet indsnævres så meget, at brændselsmaterialet tilbageholdes som følge af brodannelse.

1 en afstand under herden 2 i den øverste del af opsamlingskammeret 13 er der en rist 3 5 og under denne er der organer 4 og 8 til opsamling og fjernelse af aske gennem en sluse 5. Den dannede produktgas indtræder gennem risten 3 og opsamles i opsamlingskammeret 13, hvorfra den udtages gennem rør 7, som er ført op gennem den cylindriske del og videre til anvendelse som brændselsgas.

10 Umiddelbart under brænderrøret 1 og over herden 2 er der et ringformet indløb 12 for sekundærluft, I en foretrukken udførelsesform kan der endvidere være et indløb 6 for forgasningsmiddel placeret i en afstand under herdens 2 indsnævring.

Ved anvendelse af gasgeneratoren tilføres brændslet i toppen af det sædvanligvis lod-15 rette indføringsrør 9. Herfra falder brændslet videre ned i indløbet til brænderrørret 1, der har et lidt større tværsnitsareal end indføringsrøret.

Brænderrøret 1 udmunder lige over en indsnævring af tværsnitsarealet, der forårsager en brodannelse. Brodannelsen blokerer for den nedadgående strømning af brændsels-20 materialet. Indsnævringen, der herefter betegnes en herd 2, består af et materiale, der er bestandigt overfor høje temperaturer, og kan f.eks. være fremstillet af ildfaste sten eller murværk.

Brænderrøret 1 og herden 2 vil typisk have et cirkulært horisontalt tværsnit, men også 25 andre passende geometriske udformninger er mulige. Især for herden 2 kan der tænkes forskellige udformninger. Det er her blot vigtigt at herdens indre hulrum er nedadtil indsnævret med dimensioner, der sikrer at en brodannelse af det valgte brændsel kan finde sted. Således kan man ud over et cirkulært horisontalt tværsnit forestille sig herden udformet med rektangulært eller kvadratisk horisontalt tværsnit. Man kan også 30 konstruere herden med en række af åbninger, således at herden eksempelvis har udseende som en rist med en række åbninger, der hver er dimensioneret, så brodannelse 7 DK 174582 B1 er mulig over hver åbning. Ligeledes kan man forestille sig herden forsynet med en række åbninger af cirkulær eller kvadratisk form, hvor hver åbning er dimensioneret, så brodannelse er mulig over denne.

5 Herdens indre hulrum begrænses af dens indre væg/vægge. Denne væg eller disse vægge kan variere i antal og have forskellige udformninger bl.a. med hensyn grad af plan-hed/krumning samt vinkel i forhold til lodret. Det er som nævnt ovenfor vigtigt, at herdens indre hulrum er nedadtil indsnævret, så en brodannelse muliggøres. Herdens dimensioner skal i øvrigt afpasses til dimensionerne af det anvendte brændsel for at en 10 brodannelse kan finde sted. Ligeledes er det foretrukket, at herden har en højde, der sikrer, at den pågældende varmezone i det væsentlige forbliver omsluttet af herdens vægge.

Den tilførte brændselsmængde kontrolleres således, at der opbygges og fastholdes en 15 bestemt højde af brændsel inde i brænderrøret. Detektering af brændselshøjden foretages af en ikke vist sensor, der er baseret på f.eks. en mekanisk eller elektronisk funktion. Sensorens signal udnyttes til kontrol af brændselstilførslen.

Udover at der gennem toppen afbrænderrøret tilføres brændsel, tilføres der samme sted 20 gennem indløbet 11 også primærluft, der fortrinsvis er forvarmet, i medstrøm med brændslets bevægelse. I den øverste del afbrænderrøret, hvor fast, moderat risledygtigt biobrændsel befinder sig i frit fald, passerer primærluften med jævn hastighed ned gennem røret og fordeler sig over hele tværsnittet 25 Luften fortsætter herefter inde i brænderrøret ned gennem en første zone af den fast beliggende og endnu uomsatte biobrændsel, der fastholdes ovenpå herden 2 som følge af den begrænsede risledygtighed. Under luftens passage af første zone bliver biobrændslet tørret.

30 I slutningen af første zone er biobrændslet så tørt, at dets temperatur begynder at stige.

I begyndelsen af en anden zone reagerer biobrændslet med luften under flammende py- 8 DK 174582 B1 rolyse. I denne anden zone uddrives flygtige gasser, træolier og tjæreforbindelser fra biobrændslet og brænder under dannelse af C02 ogH20 og giver varme til pyrolysepro-cessen. Det tilstræbes at den flammende pyrolyse i den anden zone koncentreres mest muligt lige under brænderrørets 1 udmunding. For at sikre at der på dette sted i zonen 5 er tilstrækkeligt med luft til stede til udvikling af varme til fastholdelse af pyrolysepro-cessen i denne position, kan der gennem en variabel ventil 10 tilføres yderligere sædvanligvis forvarmet luft, betegnet sekundærluft, som indføres gennem indløbet 12 på den udvendige side af brænderrøret 1. Denne sekundærluft går direkte ind i zonen med den flammende pyrolyse under brænderrørets udmunding.

10 I sidste del af den anden zone, når oxygen er brugt op, dannes der under fortsat pyrolyse H2 og CO og biobrændslet omdannes til trækul.

Det dannede trækul har samtidig opnået en sådan risledygtighed, at det ved hjælp af 15 tyngdekraften og til dels den nedadrettede gasstrøm forlader sin placering ovenpå herden 2 og falder ned gennem herdens lodrette åbning og lander på en underliggende rist 3 som udgør en tredje zone.

I den tredje zone er processen en adiabatisk trækulforgasning, hvor de varme gasser 20 dannet under pyrolysen ledes ned gennem trækullaget. Her reagerer gassen med trækullet under dannelse af yderligere CO og H2. Reaktionerne, som i denne zone omdanner det faste trækul til CO og H2, er endoterme processer, der forbruger varme fra selve gassen.

25 Gassens varme og det faste trækul omdannes således til kemisk bunden energi i den dannede gas fra brændslet, herefter benævnt produktgas, og temperaturen falder til ca.

800 °C. Under denne temperatur forløber processen meget langsomt. Til slut falder den resterende aske og det uomsatte trækul ned gennem spalter og/eller huller i og imellem ristens elementer. Asken opsamles i et mekanisk asketransportsystem 4 og 8, som fører 30 asken ud gennem en gastæt sluse 5 til omgivelserne. På fig 1 er den gastætte sluse konstrueret som en vandlås 5.

DK 174582 B1 9

Den dannede produktgas udtages ligeledes gennem bundristen 3 til kammeret 13 over asketransportsystemet og føres herefter ud af kammeret gennem rør 7. Produktgassens kemisk bundne energi kan efter rensning i f.eks. en cyklon udnyttes ved en gas-5 forbrændingsproces.

Herdens udformning

Korrekt dimensionering er afgørende for, at herden kan regulere brændslets overgang fra anden til tredje zone på en sådan måde at zonemes vertikale position bevares stabi-10 le.

Ved dimensioneringen af herden skal det sikres, at dens udformning resulterer i, at der etablerer sig en hensigtsmæssig brodannelse af det ikke-forkullede, moderat risledygtige brændsel over herden. For at opnå dette tages udgangspunkt i de af det pågældende 15 brændsels karakteristiske fysiske egenskaber, der er bestemmende for dets risledygtighed. De relevante egenskaber, der kan beskrives som fysisk målbare størrelser, er blandt andet: a) Brændslet tendens til brodannelse.

b) Den vinkel som brændslet danner i forhold til et horisontalt underlag, når 20 brændsel løber ud gennem et hul i bunden af en fladbundet beholder efter at brændselsstrømmen er stoppet. Denne vinkel benævnes her materialets rislevinkel.

c) Brændslets friktion mod forskellige underlag som brændslet kan tænkes at ligge på eller mod, f.eks. ildfaste materialer.

25 Metoder til bestemmelse af tendensen til brodannelse for forskellige træbrændselstyper er f.eks. beskrevet i ’’Trådbrånslens hanteringsegenskaber - benågenhet til valvbilding for olika sortiment. Jan Erik Mattsson.Sveriges Lantbruksuniversitet. Rapport nr. 181 Garpenberg 1989”, hvori der også findes resultater fra målinger af brodannelse for forskellige træbrændsler.

30 10 DK 174582 B1 l ’’Tradbranslens hanteringsegenskaber - rasvinkler for olika sortiment. Jan Erik Matts-son. Sveriges Lantbruksuniversitet. Rapport nr. 179 Garpenberg 1989”, omtales forskellige definitioner og metoder til bestemmelse af rislevinklen for forskellige træbrændselstyper. Heri findes også resultater for målinger af rislevinkler ud fra en af 5 metoderne.

I ’’Tradbranslens hanteringsegenskaber - friktion mellan olika underlag och brånslesor-timent. Jan Erik Mattsson.Sveriges Lantbruksuniversitet. Rapport nr. 180 Garpenberg 1989” findes resultater for målinger af friktion for forskellige sortimenter af træbrænd-10 sel mod forskellige underlag.

Ved den udførelsesform, der er vist på fig. 2, er herden 2 udformet som et konisk indløb 20 med form som en keglestub, der leder brændslet lodret ned i en cylindrisk kanal 21, der lader trækul og pyrolysegasser fortsætte ned i reduktionszonen.

15

Keglestubben danner en karakteristisk vinkel a i forhold til horisontalt plan og munder ud i en karakteristisk diameter D, der ses på figur 2.

Ved dimensionering af herden vælges diameteren D i forhold til brændslets og trækul-20 lets tendens til brodannelse. Dimensionen fastsættes således at en brodannelse vil finde sted for det uomsatte, moderat risledygtige brændsel, men ikke for det efterfølgende dannede trækul med forbedret risledygtighed.

På samme måde fastsættes vinklen a ud fra brændslets rislevinkel og friktion mod un-25 derlaget. Dimensionen af a skal sikre, at det uomsatte brændsel ikke skrider ned, hvorimod det efter omdannelse til trækul skal skride nedad.

Partiel oxidation

Ved en foretrukken udførelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen lader man 30 brændselsmaterialet mellem forbrændingszonen (c) og reduktionszonen (d) passere 11 DK 174582 B1 gennem en partiel oxidationszone med partiel oxidation af gas og tjærestoffer. Dette sikres ved at der tilføres et forgasningsmiddel gennem indløbene 6.

Ved denne udførelsesform er gasgeneratoren således udbygget med en ekstra mulighed 5 for tilsætning af forgasningsmiddel ind gennem herden gennem indløbene 6. Forgasningsmidlet medvirker til at producere en langt renere gas og yderligere stabilisering af zonerne. Det tilsatte forgasningsmiddel kan være luft, vanddamp, C02 eller vilkårlige blandinger heraf. Under drift kan lufttilsætningen trinløst indstilles med en ventil (ikke vist) til den ønskede mængde, ligesom der helt kan lukkes for lufttilsætningen på dette 10 sted.

Den ekstra tilsætning af forgasningsmiddel finder sted i overgangen mellem anden og tredje zone inde i herden, hvor trækullet befinder sig i frit fald på vej ned mod risten 3.

Denne tredje tilførsel af forgasningsmiddel, f.eks. luft, sker gennem et sæt kanaler 6, 15 der udmunder i den lodrette gaskanal 21 i herden hvorigennem gas og trækul falder fra anden til tredje zone. Herved vil der på dette sted etableres en zone med partiel oxidation, i det følgende betegnet zone 2½.

Den tilsatte luft i zone 2½ opblandes med de nedadstrømmende pyrolysegasser over 20 hele herdens tværsnit, hvorved en delvis forbrænding af pyrolysegasseme finder sted.

Den partielle oxidation bevirker, at størsteparten af de dannede tjærestoffer ffa pyroly-sezonen nedbrydes og at temperaturen på produktgassen øges til over 1000 °C i denne zone. Ved tilsætning af luft på et sted, hvor brændslet befinder sig i frit fald, forhindres at upyrolyseret materiale bevæger sig fra herdens koniske indløb 20 og ned i redukti-25 onszonen uden at have været i kontakt med oxygen. Lufttilsætning i zone 2½ bevirker således, at produktgassens temperatur hæves betydeligt, hvilket forøger trækulomsætningen i den efterfølgende tredje zone, hvor reaktionerne er endoterme.

Med fremgangsmåden og generatoren ifølge opfindelsen har det ved forsøg vist sig, at 30 der opnås en overraskende god stabilitet selv ved en forholdsvis lille gasgenerator. Dette er så meget desto mere overraskende, når man tænker på, at det tidligere har været 12 DK 174582 B1 nødvendigt med en kompliceret regulering af temperatur, primærluft og sekundærluft på basis at temperaturmålinger i flere niveauer.

Uden at der ønskes binding til en bestemt teoretisk forklaring, skal det i det følgende 5 forsøges at give en hypotetisk forklaring af den stabilitet, der opnås ved at udforme herden i overensstemmelse med opfindelsen.

Af hensyn til processens stabilitet under drift kræves at omsætningen af trækul i den tredje zone (reduktionszonen) foregår i samme tempo som produktionen af trækul i den 10 flammende pyrolysezone. Det tilstræbes at højden af trækul i den tredje zone er så konstant som muligt.

En række forhold er bestemmende for hvordan omsætningen i reduktionszonen forløber: Gasgeneratorens isolering, brændslet vandindhold, gastemperaturen før redukti-15 onszonen er blandt parametrene.

Forbruges trækullet hurtigere ved reduktionsprocesseme end det produceres i den flammende pyrolysezone medfører det faldende trækulhøjde.

20 I løbet at et stykke tid vil al trækullet være hel forbrugt og reduktionszonen fuldkommen forsvundet. Hvis der ikke findes en herd til at etablere en brodannelse, vil den flammende pyrolysezone rykke med ned mod risten og flammerne vil brænde ned igennem ristens huller og kanaler. Dette indebærer, at pyrolysegasseme, der både vil have lav brændværdi og indeholder store mængder tjærestoffer, vil gå direkte ud af 25 gasgeneratoren, hvilket er uønsket.

Hvis på den anden side trækulproduktionen i pyrolysezonen overstiger trækulomsætningen i reduktionzonen, medfører det stigende trækulhøjde i reduktionszonen.

30 Hvis der ikke er nogen herd vil den flammende pyrolysezone i så fald blive presset opad, hvilket også vil få de andre zoner til at gå opad. Formentlig vil det betyde at den 13 DK 174582 B1 flammende pyrolysezone bliver ’’klemt inde” mellem tørrezonen, der skal afsluttes før den flammende pyrolysezone kan begynde, og reduktionszonen.

Ved varierende belastning af forgasningsgeneratoren og ved ændrede brændselspara-5 metre må det forventes, at zonernes beliggenhed vandrer op og ned. Dette forhindres ved hjælp af herden, der bryder forbindelsen mellem zonerne, således at disse ikke indbyrdes kan påvirke hinanden.

Ved den foretrukne udførelsesform, hvor der etableres en zone med partiel oxidation, 10 zone 2/i, kan man ved hjælp af herden og gennem tilsætning af korrekt luftmængde i zone 2½ samt ved tilpasning af de fysiske dimensioner for tørre-, pyrolyse- og for-brændingszonerne i forhold til den fysiske dimensionering af reduktionszonen sikre, at brændselshøjden holdes konstant.

15 Som udgangspunkt dimensioneres herden, den flammende pyrolysezone og reduktionszonen på en sådan måde, at der etableres en tilstand hvor trækulhøjden i reduktionszonen får tendens til at stige langsomt med tiden.

Under drift vil lufttilsætningen i den partielle oxidationszone imidlertid bevirke, at top-20 pen af trækullaget bliver brændt i flammerne fra den partielle oxidationszone, når trækultoppen nærmer sig luftdysemes placering i herden. Kommer trækullet alligevel helt tæt på luftdyseme, formodes det, at luften ikke alene vil reagere med gassen og tjære-stofferne, men også vil begynde at reagere direkte med trækullet i en forbrændingsproces, hvorved der dannes C02 og H20 samt varme.

25

Derved bremses stigningen i højden af trækullaget inden det når op og skubber på den flammende pyrolysezone, der foregår i brodannelsen ovenpå herden. Herden og lufttilsætningen har dermed to væsentlige funktioner. At fungere som en fysisk barriere mellem de to zoner og at etablere et frit rum - et fribord - til afbrændingen i den partielle 30 oxidationzone, hvor gas og tjærestoffer omsættes.

14 DK 174582 B1

Eksempel I nærværende eksempel anvendes en generator som vist på fig. 1 og 2. Diameteren på brænderrøret 1 er 350 mm. Herden 2 er fremstillet af ildfast keramisk materiale. Kegle-5 stubbens vinkel a er 30° og diameteren D på den cylindriske kanal 21 er 100 mm.

Det anvendte brændsel er en almindelig kvalitet af tørret skovflis hvor de enkelte flisstykkers største dimension ligger i området fra 10 til 50 mm. Ved forsøget reguleredes brændselshøjden på ca. 500 mm regnet fra brænderrørets 1 nederste ende.

10

Der er gennemført et forsøg til vurdering af forgasningsprocessens stabilitet. Det blev således undersøgt, om det var muligt at arbejde uafbrudt i 100 timer, hvilket blev nået ved det første forsøg. Under forsøget kunne en motor, hvori den producerede gas blev brugt som brændstof, køre uafbrudt i 84 timer. Den tilførte flismængde var 40 kg pr.

15 time og der produceredes en produktgas med en brændværdi på 4,3 MJ/m3n (tør gas) i en mængde på 92 m3n pr. time (tør gas).

Stabiliteten af den trinopdelte proces blev bekræftet ved hjælp af temperaturfølere, og der blev på forskellige tidspunkter under forsøget målt lave værdier for støv og tjære i 20 den rå produktgas. De målte værdier fremgår af følgende tabel: Måleperiode støv i rå produktgas tjære i rå produktgas (timer efter start) (mg/m3n) (mg/m3n) 28.5 - 29,5 71 57 32.5 - 33,5 158 ΪΤΊ 81 - 82 170 130 98,75 - 99,75 142 Ϊ62

Idet opfindelsen nu er blevet beskrevet, vil det være åbenbart, at denne vil kunne varieres på mange måder. Sådanne variationer skal ikke betragtes som en afvigelse fra op- 15 DK 174582 B1 findeisens rammer, og alle sådanne modifikationer, som vil være nærliggende for fagfolk, skal også forstås som omfattet af de efterfølgende kravs rammer.

Claims (11)

1. Fremgangsmåde til forgasning af fast, moderat risledygtigt biobrændsel i en med-5 strømsgasgenerator med åben kerne og fast forgasningsleje, hvor brændselsmaterialet og primærluft indføres foroven og fra oven og nedefter passerer a) en tørrezone, b) en pyrolysezone, c) en forbrændingszone med flammende pyrolyse, hvortil der indføres sekundær-10 luft, og hvor brændslet er understøttet ved hjælp af en indsnævring i generatorens indre tværsnit, d) en reduktionszone, og e) eventuelt en inaktiv trækulszone, kendetegnet ved, at man ved hjælp af indsvævringen i den flammende pyrolysezone 15 (c) ved brodannelse over indsnævringens åbning eller åbninger tilbageholder brænd selsmaterialet, indtil materialet som resultat af den partielle forbrænding er omdannet til et materiale, som i det væsentlige er i form af trækul, med en sådan risledygtighed, at det genoptager den nedadgående bevægelse mod reduktionszonen, hvorved der sikres en adskillelse mellem forbrændingszonen og reduktionszonen, idet reduktionszonen 20 befinder sig under indsnævringen i generatorens indre tværsnit.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at brændselsmaterialet mellem forbrændingszonen (c) og reduktionszonen (d) passerer gennem en partiel oxidationszone med partiel oxidation af gas og tjærestoffer, idet der i oxidationszonen tilfø- 25 res forgasningsmiddel.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kendetegnet ved, at forgasningsmidlet er luft, vanddamp, C02 eller en blanding heraf. DK 174582 B1

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at brændselsmaterialet er et brændbart, organisk materiale, der foreligger som faste, forholdsvis små materialestykker af en passende ensartet størrelse.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 4, kendetegnet ved, at brændselsmaterialet er træflis, træspåner, savsmuld eller komprimerede træpiller.

6. Medstrømsgasgenerator med åben kerne og fast forgasningsleje til forgasning af fast, moderat risledygtig biobrændsel, omfattende en reaktor med åbning foroven til 10 indføring af brændselsmateriale og primærluft til i rækkefølge fra oven og nedad a) en tørrezone, b) en pyrolysezone, c) en forbrændingszone med flammende pyrolyse, med åbning til indføring af sekundærluft, og en indsnævring i generatorens indre tværsnit, 15 d) en reduktionszone, og e) eventuelt en inaktiv trækulszone, og et opsamlingsrum i generatorens bund med organer til udtagning af henholdsvis aske og den ved forgasningen dannede brændselsgas, kendetegnet ved, at indsnævringen i den flammende pyrolysezone (c) er er herd med 20 en eller flere åbninger dimensioneret i forhold til det anvendte biobrændsel, således at materialet tilbageholdes ved brodannelse over herdens åbning eller åbninger, indtil materialet som resultat af den partielle forbrænding er omdannet til et materiale, som i det væsentlige er i form af trækul, med en sådan risledygtighed, at det genoptager den nedadgående bevægelse mod reduktionszonen, hvorved der sikres en adskillelse mellem 25 forbrændingszonen og reduktionszonen, idet reduktionszonen befinder sig under indsnævringen i generatorens indre tværsnit.

7. Medstrømsgasgenerator ifølge krav 6, kendetegnet ved, at der efter indsnævringen i den flammende pyrolysezone (c) før reduktionszonen (d) er åbning til indfø- 30 ring af forgasningsmiddel. DK 174582 B1

8. Medstrømsgenerator ifølge et hvilket som helst af kravene 6-7, kendetegnet ved, at herden har én åbning, som er udformet som en keglestub, der nedadtil udmunder i en cylindrisk kanal eller at herden har én åbning, som er udformet som en spalte, der nedadtil udmunder i rektangulær kanal. 5

9. Medstrømsgenerator ifølge et hvilket som helst af kravene 6-7, kendetegnet ved, at herden har mere end en åbning.

10. Medstrømsgenerator ifølge krav 9, kendetegnet ved, at herdens åbninger er ud-10 formet som en rist, eller at herden er forsynet med åbninger med cirkulært eller kvadratisk vandret tværsnit.

11. Anlæg til varme- eller kraftvarmeproduktion omfattende en medstrømsgenerator ifølge et hvilket som helst af kravene 6-10. 15