Ernteabfälle, Energiepflanzen (Miskantus) oder Holzhack- schnitzel. Insbesondere dient die Vorrichtung zur Erzeugung von Brenngasen mit einem Heizwert von mindestens 8000 bis 10 000 kJ/m3.

Die energetische Nutzung vorstehend genannter Einsatz- stoffe ist derzeit weitgehend auf die Verbrennung be- schränkt. Die Technologien zur Vergasung sind überwiegend auf die Erzeugung von Schwachgasen mit einem Heizwert unter 6000 kJ/kg ausgerichtet. Diese Gase sind jedoch für eine Nutzung z. B. in Gasturbinen oder Brennstoffzellen nicht geeignet.

Um Gase mit einem Heizwert von 8000 bis 10 000 kJ/m3 zu erzeugen, muß eine sogenannte allotherme Vergasung durchge- führt werden. Dazu ist es erforderlich, dem zu vergasenden Brennstoff ausreichend externe Wärme auf einem hohen Tempe- raturniveau von 500 bis 900 Grad Celsius zuzuführen, was bisher mit einem hohen technischen Aufwand verbunden ist.

Ein wesentliches Vergasungsverfahren mit großer Ein- satzbreite ist das Wirbelschichtverfahren. Mit diesem Ver- fahren können auch kleinere Anlagen wirtschaftlich betrie- ben, jedoch keine hochkalorischen Gase erzeugt werden. Für die allotherme Vergasung in Wirbelschichten werden derzeit im wesentlichen folgende Verfahren und Vorrichtungen unter- sucht.

Batelle-Vergaser Beim Batelle-Vergaser (zweistufige Wirbelschichtver- gasung) wird die Reaktionswärme für die Wirbelschicht in einer externen Wirbelschichtverbrennung erzeugt. Die Über- tragung der Wärme erfolgt durch Austausch des heißen Sand- bettes und ist daher mit einem hohen technischen Aufwand verbunden, vgl. Peter Jansen, Thermische Vergasung von nachwachsenden Roh-und organischen Reststoffen ; Instituts- berichte der Bundesanstalt für Landwirtschaft, Braun- schweig, 1997.

DMT-Vergaser Im DMT-Vergaser soll ein wesentlicher Teil der für die Vergasung notwendigen Wärme dadurch eingebracht werden, daß für die Fluidisierung überhitzter Wasserdampf mit einer Temperatur von 750°C verwendet wird. Zusätzlich sollen für die Vergasung von Biomasse Wärmetauscherrohre durch das Wirbelbett geleitet werden, durch die Rauchgas mit einer Temperatur von 1150°C strömt. Der Nachweis, daß mit dieser Vorrichtung Heizwerte von ca. 10 000 kJ/kg erzielbar sind, erscheint nach dem derzeitigen Kenntnisstand kaum möglich.

Vorrichtungen, die nach diesem Prinzip arbeiten, sind in den Dokumenten US 5,064,444 und US 5,439,491 offenbart.

Zur Erhöhung des chemischen Umsatzes wurde daher ver- sucht, den Wärmeeintrag in das Wirbelbett durch den Einsatz von Pulsbrennern zu erhöhen, wie in dem Dokument US 5,306,481 offenbart. Dieser Weg ermöglicht prinzipiell einen höheren Wärmeeintrag und somit einen chemischen Um- satz, der für eine allotherme Vergasung erforderlich ist.

Der Einsatz von Pulsbrennern ist jedoch relativ aufwendig.

Weiterhin ist aus der US 4,160,720 eine Vorrichtung zur Vergasung von Teersand bekannt, bei der eine Wärmeüber-

tragung in den Reaktionsraum mittels Wärmeleitrohre (Heat-pipes) erfolgt. Bei dieser Vorrichtung durchläuft der Teersand das Reaktionsbett und die Verbrennungszone. Da sich das Pyrolysegas mit dem Rauchgas mischt, verringert sich der Heizwert dieses Gases, das sich nicht für den un- mittelbaren Einsatz für Gasturbinen oder für Brennstoff- zellen eignet.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrich- tung zur Vergasung von kohlenstoffhaltigen und insbesondere biogenen Einsatzstoffen bereitzustellen, die eine einfache Konstruktion und sichere Arbeitsweise gewährleistet und mit der Brenngase mit einem Heizwert von mindestens 8000 bis 10 000 kJ/m3 erzeugt werden können. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung einen für eine solche Vorrichtung besonders geeigneten Wirbelschichtreaktor anzugeben.

Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 und mit einem Wirbelschichtreaktor nach Anspruch 10 gelöst.

Eine druckaufgeladene Wirbelschichtvergasungskammer weist eine druckfeste Schleuse zur Aufgabe der zu vergasen- den Einsatzstoffe auf. Die Wirbelschichtvergasungskammer ist mit einer Filterkammer über einen Verbindungskanal verbunden, so daß das entstehende Gas von der Wirbel- schichtvergasungskammer in die Filterkammer überströmen kann, wo es durch die Filterschicht geleitet wird. Durch eine externe Wärmequelle wird die für die allotherme Verga- sung notwendige Wärme bereitgestellt. Mittels einer Wärme- leitrohranordnung (Heatpipes) wird die Wärme aus der exter- nen Wärmequelle in das Vergasungsbett der Wirbelschichtver- gasungskammer geleitet, um die für die Vergasung erforder- liche Temperatur bereitzustellen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die externe Wärme mittels Verbrennung, insbesondere in einer Wirbelschicht-Brennkammer bereitgestellt.

Damit die Filterschicht durch die aus dem Brenngas aus- gefilterten Stoffe nicht anwächst, wird ein Teil der auf- wachsenden Filterschicht ständig durch den Fest- stoff-Strömungskanal in die Brennkammer abgezogen. Da die ausgefilterten Stoffe (Asche und Restkokspartikel) teil- weise noch brennbar sind, werden sie in der Brennkammer verbrannt. Hierzu ist vorzugsweise die Brennkammer über einen aufwärts zur Filterkammer gerichteten Fest- stoff-Strömungskanal mit der Filterkammer verbunden. Der untere Endabschnitt des Feststoff-Strömmungskanals weist eine Siphonvorrichtung auf, um Material aus der Filter- kammer in die Brennkammer zu befördern.

Der Abzug der Filterschicht erfolgt gemäß einer weite- ren bevorzugten Ausgestaltung über eine erste Ausblasvor- richtung am unteren Endabschnitt des Fest- stoff-Strömungskanals. Hierbei ist der Fest- stoff-Strömungskanal vorzugsweise senkrecht, aber immer so geneigt und dimensioniert, daß beim Freiblasen des unteren Ausblasabschnitts des Feststoff-Strömungskanals der Feststoff unter der Wirkung der Gravitationskraft von selbst nach unten nachrutscht.

Vorzugsweise ist am oberen Endabschnitt des Fest- stoff-Strömungskanals eine zweite Ausblasvorrichtung vorge- sehen. Diese dient dazu, die Filterschicht umzuschichten und/oder aufzulockern.

Durch dem Fachmann bekannte Maßnahmen der Steuer-und Regeltechnik und speziell über die Messung der Gasdrücke wird ermittelt, wann und wie häufig die Ausblasvorrichtun- gen betätigt werden müssen, um einen optimalen Wirkungsgrad zu erhalten.

Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, daß je nach Einstellung der Druckverhältnisse entweder mehr Gas

oder mehr Rauchgas (Wärme) erzeugbar ist. Die Einstellung des gewünschten Gas/Rauchgasverhältnisses erfolgt vorzugs- weise mittels einer Rauchgasregelvorrichtung, z. B. durch eine Querschnittsänderung des Rauchgasaustrittskanals, die durch eine Rauchgasklappe erreicht werden kann.

Bei einer Weiterbildung nach Anspruch 7 ist die Wirbel- schichtvergasungskammer räumlich über der Filterkammer und die Filterkammer über der Brennkammer angeordnet. Diese An- ordnung führt zu einer sehr kompakten Bauweise mit einer guten Energiebilanz.

Bei einer Weiterbildung nach Anspruch 8 ist eine zu- sätzliche Wärmetauschereinrichtung vorgesehen, die die Ab- wärme des abziehenden Rauchgases aufnimmt und an das Pro- duktgas abgibt, was ebenfalls die Energiebilanz verbessert.

Bei einer Weiterbildung nach Anspruch 9 sind an den Wärmetauscherabschnitte der Wärmeleitrohre Wärmetauscher- rippen angeordnet. Diese sind so geformt, um mit den von den Fluidisierungsvorrichtungen erzeugten Fluidströmen und -wirbeln so in Wirkbeziehung zu gelangen, daß die fluidi- sierten Teilchen quer zu ihrer ursprünglichen Strömungs- richtung beschleunigt werden. So wird eine gute Querver- mischung des Wirbelschichtbettes erzielt, die Verweilzeit der Teilchen im Wirbelschichtbett wird erhöht, Gasblasen werden gut dispergiert und der Wärmeübergang von den Wärme- tauscherrippen zum Wirbelschichtbett wird wesentlich ver- bessert. Auch läßt sich hierdurch eine kompakte Bauform er- zielen.

Für den Einsatz in einer Vorrichtung zum Erzeugen von Brenngas aus kohlenstoffhaltiger Einsatzstoffen gemäß der vorliegenden Erfindung ist besonders ein Wirbelschichtreak- tor nach Anspruch 10 geeignet. In dem Wirbelschichtreaktor ist ein Reaktorbehälter vorgesehen, der das Wirbelschicht- bett aufnimmt. Es sind Fluidisierungsvorrichtungen vorgese-

hen, die einen vorbestimmten Bereich des Wirbelschichtbet- tes fluidisieren. Um in diesen Bereich zusätzliche Wärme einzubringen oder abzuziehen, werden Wärmetauschervorrich- tungen eingesetzt. Je besser der Wärmeübergang zwischen den Wärmetauschervorrichtungen und der Wirbelschicht ist, um so höher ist der Wirkungsgrad der Anlage. Um diesen Wärmeüber- gang zu verbessern, werden die Wärmetauscherabschnitte der Wärmetauschervorrichtung als spezielle Wärmetauscherrippen ausgebildet, die so geformt und angeordnet sind, um mit den von den Fluidisierungsvorrichtungen erzeugten Fluidströmen und-wirbeln so in Wirkbeziehung zu gelangen, daß die flui- disierten Teilchen quer zu ihrer ursprünglichen Strömungs- richtung beschleunigt werden, wodurch die Quervermischung des Wirbelschichtbettes verbessert wird, die Verweilzeit der Teilchen im Wirbelschichtbett erhöht wird und der Wär- meübergang von den Wärmetauscherrippen zum Wirbelschicht- bett wesentlich verbessert wird.

Durch den Einsatz eines solchen Wirbelschichtreaktors lassen sich bei gleicher Leistung durch den verbesserten Wärmeübergang kleinere und kostengünstigere Baugrößen darstellen. Ein derartiger Wirbelschichtreaktor kann sowohl in der Brennkammer als auch im Brenngasreaktor der Vorrich- tung zum Erzeugen von Brenngas aus kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen eingesetzt werden.

Es ist zu betonen, daß es nicht möglich und sinnvoll ist, eine konkrete Dimensionierung für die speziellen Wär- metauscherrippen anzugeben, da der Fachmann eine derartige Optimierung nur in Verbindung mit einem konkreten Wirbel- schichtreaktor vornehmen kann. Es ist daher im Einzelfall möglich, sehr speziell ausgebildete Wärmetauscherrippen einzusetzen, die u. U. sogar unterschiedlich, asymmetrisch usw. ausgebildet sein können, wenn dadurch die vorstehend beschriebene Ablenkung der Teilchen mit den damit verbunde- nen positiven Wirkungen erfolgt.

Bevorzugte Formen der Wärmetauscherrippen sind in den Ansprüchen 11 und 12 beansprucht. Diese Formen lassen sich gut fertigen.

Nach Anspruch 13 sind die Wärmetauscherrippen mit den Wärmetauscherabschnitten lösbar verbunden. Diese Ausfüh- rungsform weist eine Reihe von Vorteilen auf : Da z. B. Wir- belschichten, in denen Verbrennungsprozesse ablaufen, auf Grund der höheren Temperatur in Verbindung mit dem Sand der Wirbelschicht auf Einbauten stark abrasiv wirken, sind die Wärmetauscherrippen davon besonders betroffen, d. h. sie unterliegen einem hohen Verschleiß. Die Auswechselbarkeit dieser Verschleißteile ist daher besonders wirtschaftlich.

Nach Anspruch 14 werden Wärmeleitrohre (Heatpipes) ein- gesetzt. Dem Fachmann ist klar, daß der durch die Erfindung bewirkte positive Effekt lediglich durch die besondere Ge- staltung der Wärmetauscherrippen in Verbindung mit dem Wir- belschichtbett erzielt wird. Die Kombination der speziellen Wärmetauscherrippen mit Wärmeleitrohren ermöglicht nochmals eine verkleinerte Baugröße bei gleicher Leistung.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von zwei Ausfüh- rungsbeispielen in Verbindung mit beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 3 zeigt die Wirkung der oberen Ausblasdüse.

Fig. 4 zeigt die Wirkung der unteren Ausblasdüse.

Fig. 5 zeigt eine perspektivische Darstellung einer gewendelten Wärmetauscherrippe am Wärmetauscherabschnitt einer Wärmetauschervorrichtung.

Fig. 6 zeigt eine perspektivische Darstellung einer schaufelförmig ausgebildeten Wärmetauscherrippe.

Fig. 7 zeigt eine perspektivische Funktionsdarstel- lung der Wärmetauscherrippe nach Fig. 7.

Fig. 8 zeigt Wärmetauscherrippen, die an waagerecht liegenden Wärmetauscherabschnitten angeordnet sind.

Die Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfin- dung. Ein erster rohrförmiger Behälter 1 hat an seinem obe- ren Endabschnitt la eine druckfeste Schleuse 2 zur Einbrin- gung der zu vergasenden Einsatzstoffe 3, die mittels des Pfeils symbolisch dargestellt sind. Im unteren Endabschnitt lb des Behälters 1 ist eine Wirbelschicht-Brennkammer 4 vorgesehen, in die Dampf-und/oder Luftgemischzufuhrdüsen 5 hineinragen. Zum Anfahren, d. h. zum Anheizen, ist innerhalb der Wirbelschicht-Brennkammer 4 eine Brennstoffzufuhrdüse 6 zum Einblasen von Brenngas angeordnet, mit dem die Wirbel- schicht-Brennkammer 4 angeheizt wird.

Ein zweiter rohrförmiger Behälter 7 ist konzentrisch in dem Behälter 1 angeordnet und erstreckt sich vom oberen Endabschnitt la bis zur Wirbelschicht-Brennkammer 4. Dieser Behälter 7 ist an seinem oberen Endabschnitt 7a mit dem Ausgang der Schleuse 2 dicht verbunden. Am unteren Endab- schnitt 7b des Behälters 7 ist ein Brenngasauslaß 8 zur Ab- leitung des gewonnenen Brenngases 9 angeordnet, der keine Verbindung zum Innenraum des Behälters 1 hat.

Im oberen Abschnitt des Behälters 7 ist eine Wirbel- schichtvergasungskammer 10 angeordnet, die nachfolgend be- schrieben wird.

Die Wirbelschichtvergasungskammer 10 ist ein oben offe- nes, rohrförmiges Gefäß 11. Das Gefäß 11 ist so angeordnet, daß die über die Schleuse 2 eingebrachten Einsatzstoffe 3 in das Gefäß 11 fallen. Am unteren Endabschnitt lla des Ge- fäßes 11 ist ein Lochboden 12 angeordnet und darunter ist eine Wasserdampf-Einlaßdüse zum Einleiten von überhitztem Wasserdampf vorgesehen. Oberhalb des Lochbodens 12 ist eine

Brennstoffzufuhrdüse 15 angeordnet, die zum Eintragen von Brennstoff dient, der zum Anfahren und ggf. zur Steuerung der Vergasung benötigt wird.

Die Wirbelschichtvergasungskammer 10 ist in dem Behäl- ter 7 konzentrisch so angeordnet, daß der verbleibende Ringspalt 16 einen vorbestimmten Querschnitt aufweist.

Im unteren Abschnitt des Behälters 7 ist eine Filter- kammer 17 angeordnet, die nachfolgend beschrieben wird.

Die Filterkammer 17 besteht aus einem Wandungsabschnitt 7c des zweiten rohrförmigen Behälters 7 und einem Filter- kammerlochboden 18, der über dem Brenngasauslaß 8 angeord- net ist. Ein Feststoff-Strömungskanal 19 ist rohrförmig ausgebildet und erstreckt sich von der Filterkammer 17 durch den Filterkammerlochboden 18 bis in die Wirbel- schicht-Brennkammer 4, wobei der untere Abschnitt 1 9a des Feststoff-Strömungskanals 19 nach oben gekrümmt ist. In diesen Abschnitt 19a ragt eine nach oben gerichtete untere Ausblasdüse 20, deren Funktion später erläutert wird. Eine weitere, nach oben gerichtete obere Ausblasdüse 21 ist in dem oberen Abschnitt 19b des Feststoff-Strömungskanal 1 9 angeordnet.

Von der Wirbelschicht-Brennkammer 4 über die Filterkam- mer 17 bis zu der Wirbelschichtvergasungskammer 10 er- strecken sich Wärmeleitrohre 22 (Heat-pipes), wobei die in die Wirbelschicht-Brennkammer 4 hineinragenden Endab- schnitte der Wärmeleitrohre 22 Wärme aufnehmen und die in die Wirbelschichtvergasungskammer 10 hineinragenden Endab- schnitte die Wärme dort wieder abgeben, um die erforder- liche Vergasungstemperatur zu erzeugen.

Im vorliegenden Beispiel sind an den Endabschnitten der Wärmeleitrohre 22, die in die Wirbelschichtvergasungskammer 10 hineinragenden, wendelförmige Wärmetauscherrippen 23 an-

geordnet, so daß durch die aufwärtsgerichtete Dampf-und Bettmaterialströmung eine Querbeschleunigung erzeugt wird, wodurch nicht nur entstehende Blasen dispergiert werden, sondern auch eine Quervermischung im Vergaserbett erreicht wird, durch die die Verweilzeit der Brennstoffpartikel im Vergaserbett verlängert und damit der Umsatz bei der Verga- sung erhöht wird. Weiterhin wird der Wärmeübergang zwischen den Wärmetauscherrippen 23 und dem Vergaserbett wesentlich verbessert.

Nachfolgend wird der Vergasungsprozeß beschrieben : Die Vergasungswirbelschicht mit den Einsatzstoffen 3 wird mit überhitztem Wasserdampf fluidisiert, der über den Lochboden 12 eingebracht wird, so daß eine gute Durchmi- schung der Wirbelschicht und der über die Schleusenvorrich- tung eingebrachten Festbrennstoffe gewährleistet ist. Die prinzipielle Funktionsweise einer Wirbelschichtvergasung ist dem Fachmann bekannt und wird daher hier nicht detail- liert erläutert.

Der hohe Wärmeübergang von den Wärmeeintragsabschnitten 22 der Wärmeleitrohren 22 auf die Wirbelschicht garantiert eine hohen Wärmeeintrag in die Wirbelschichtvergasungs- kammer. Eine hohe Überhitzung des eingebrachten Wasser- dampfes gewährleistet zusätzlich, daß für die Pyrolyse Tem- peraturen zwischen 500°C und 700°C und für die Vergasung Temperaturen bis 800°C im Vergasungsbett aufrecht erhalten werden können. Diese hohen Temperaturen führen zunächst zur Freisetzung flüchtiger Bestandteile der Brennstoffe und schließlich zur Umsetzung der freigesetzten Kohlenwasser- stoffe (homogene Wasserdampfvergasung) und des Restkokses (heterogene Wasserdampfvergasung). Ein Wasserdampfüberschuß begünstigt die Umsetzung des zuvor gebildeten Kohlen- monoxids mit Wasserdampf in Kohlendioxid und Wasserstoff, wodurch der für die Nutzung in Brennstoffzellen wichtige Wasserstoffanteil zusätzlich erhöht wird.

Die in der Wirbelschichtvergasungskammer 10 gebildeten Brenngase 9 werden gemäß den Richtungen der Brenngas-Pfeile 9 durch den Ringspalt 16 in die Filterkammer 17 übergelei- tet, in der zunächst Kokspartikel und Aschepartikel abge- schieden werden. Beim Durchströmen des Brenngases 9 durch das Filterfestbett reagiert das Brenngas mit noch nicht um- gesetztem Wasserdampf, wodurch der Umsatz, unterstützt durch die katalytische Wirkung des Restkoks, weiter gestei- gert wird.

Ein Teil des Brenngases 9 strömt über den Fest- stoff-Strömungskanal 19 in die Wirbelschicht-Brennkammer 4 und ein anderer Teil strömt über den Filterkammerlochboden 18 direkt in den Brenngasauslaß 8, um einer externen Nut- zung zugeführt zu werden. Die Aufteilung der zwei Brenngas- mengenströme wird durch den Druckverlust des Brenngases in dem Feststoff-Strömungskanal 19 bestimmt und weiterhin durch die Druckniveaus, die in der Filterkammer 17, der Leitung des Brenngasauslasses 8 und in der Wirbel- schicht-Brennkammer 4 anliegen.

Die Überführung von Aschepartikeln und Restkoksparti- keln aus der Filterschicht der Filterkammer 17 in die Wir- belschicht-Brennkammer 4 wird dadurch realisiert, daß stoß- weise aus dem Abschnitt 1 9a des Feststoff-Strömungskanals 19 Filterbettmaterial ausgetragen wird. Dazu wird die Aus- blasdüse 20 aktiviert.

Um Bettmaterial aus dem Feststoff-Strömungskanal 19 in die Filterschicht der Filterkammer 17 auszutragen, wird über die Ausblasdüse 21 Dampf eingeblasen, vergleiche Fig.

3. So wird erreicht, daß das Bettmaterial lagertweise die abgelagerte Asche und die Restkokspartikel bedeckt.

Das in die Wirbelschicht-Brennkammer 4 eingetragene Brenngas 9 wird zusammen mit den im Filterbett abgeschiede-

nen Teeren und Restkoksanteilen verbrannt. Ein Teil der da- bei freigesetzten Wärme wird an die Wärmeaufnahmeabschnitte der Wärmeleitrohre 22 abgegeben, die die Wärme zu der Wir- belschichtvergasungskammer 10 leiten.

Der Rest der Wärme wird als fühlbare Wärme mit dem Rauchgas 24 aus der Wirbelschicht-Brennkammer 4 ausgetragen und außerhalb der Vorrichtung zur Heißdampferzeugung ver- wendet. Dieser Heißdampf wird ganz oder teilweise als Ver- gasungs-und Fluidisierungsmittel in die Vorrichtung zu- rückgeführt.

In der Wirbelschicht-Brennkammer 4 und in der Wirbel- schichtvergasungskammer 10 sind bei dem vorliegenden Aus- führungsform zusätzlich Düsen 6 und 15 für die Einleitung von flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen vorgesehen.

Diese Düsen dienen vor allem zum Hochheizen der Vorrichtung während des Anfahrprozesses, um zum Beispiel flüssige bio- gene Brennstoffe einsetzen zu können oder um in externen Prozessen anfallende Brenngase oder flüssige Brennstoffe verwerten zu können. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn zum Beispiel beim Betrieb von Brennstoffzellen in Ver- bindung mit der Vergasungsvorrichtung in zwischengeschalte- ten Trennprozessen Wasserstoff abgetrennt wird und die an- deren im Brenngas enthaltenen Bestandteile (Kohlenmonoxid, Methan und höhere Kohlenwasserstoffe) zur Wärmeerzeugung zurückgeführt werden sollen.

Für die Erzeugung von Warmwasser, Sattdampf oder über- hitztem Dampf können Dampferzeugerrohre z. B. als Rippen- rohre oder Tauchheizflächen ganz oder teilweise auch in die Wirbelschicht-Brennkammer integriert werden.

Ferner ist zu erwähnen, daß die Wirbel- schicht-Brennkammer eine herkömmliche Ascheabfuhreinrich- tung aufweist.

Die Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Er- findung. Bei dieser Ausführungsform sind die Wirbelschicht- vergasungskammer 10, die Filterkammer 17 und die Wirbel- schicht-Brennkammer 4 nebeneinander angeordnet und eben- falls über die Wärmeleitrohre 22 thermisch gekoppelt. Glei- che Funktionselemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Bei einer mit der ersten Ausführungsform überein- stimmenden Funktion wird auf eine nochmalige Erläuterung verzichtet und hiermit auf die Erläuterung zu Fig. 1 ver- wiesen.

Durch die druckfeste Schleuse 2 werden die zu vergasen- den Einsatzstoffe 3 eingebracht und wie bei der ersten Aus- führungsform vergast. Das Brenngas 9 tritt über den Kanal 16'in die Filterkammer 17 über, durchströmt diese und tritt aus dem Brenngasauslaß 8 gefiltert aus. Ein Teil des Brenngases wird durch den Feststoff-Strömungskanal 19 geleitet und in der WirbelschichtBrennkammer 4 verbrannt.

Wie in der ersten Ausführungsform sind in den Endab- schnitten 19a des Feststoff-Strömungskanals 19 Ausblasdüsen 20 und 21 angeordnet.

Die Fig. 3 zeigt die Funktion der oberen Ausblasdüse 21. Die Pfeile zeigen, wie das Material aufgewirbelt und umgeschichtet wird.

Die Fig. 4 zeigt die Funktion der unteren Ausblasdüse 20. Die Pfeile zeigen, wie Filtermaterial aus der Filter- kammer abgezogen und der Brennkammer zum Verbrennnen zuge- führt wird.

Abschließend soll noch erwähnt werden, daß die spezi- elle Art des Materialaustrags mittels der Ausblasdüsen 20 und 21 durch eine mechanische Austragvorrichtung ersetzt werden könnte. Derartige Austragvorrichtung, z. B. Förder-

schnecken sind jedoch teurer als Blasdüsen und unter den vorherrschenden Betriebsbedingungen störanfällig, so daß die Lösung mit den Blasdüsen bevorzugt ist.

Nachfolgend werden anhand der Figuren 5 bis 8 unterschiedliche Ausführungsformen von Heiz-oder Kühlrippen an den Wärmetauscherabschnitten der Wärmeleitrohre beschrieben. Diese Heiz-und Kühlrippen sind für den Wirbelschichtreaktor gemäß der vorliegenden Erfindung besonders geeignet und damit auch für die Wirbelschichtvergasungskammer 10 und die Wirbelschicht- Verbrennungskammer 4.

Fig. 5 zeigt einen Endabschnitt 24 einer Wärmetauschervorrichtung, insbesondere in Form eines Wärmeleitrohrs 22 an dem schaufelförmig ausgebildete Wärmetauscherrippen 25 angeordnet sind.

Die Fig. 6 zeigt einen Endabschnitt 24 einer rohrförmigen Wärmetauschervorrichtung bzw. eines Wärmeleitrohrs 22, an dem gewendelte Wärmetauscherrippen 23 angeordnet sind.

Die Fig. 7 zeigt den rohrförmigen Endabschnitt 24 einer Wärmetauschervorrichtung 22 mit gewendelten Wärmetauscherrippen 23 (wie Fig. 6) in einer Wirbelschicht 26, die z. B. aus Brennstoffteilchen 28 besteht, in der Gasblasen 30 aufsteigen. Die Pfeile 32 zeigen, in welche Richtung die Brennstoffteilchen 28 und die Gasblasen 30 abgelenkt werden. Die Wirbelschicht 26 ist einem Reaktorbehälter angeordnet, der dem rohrförmigen Behälter 7 in Fig. 1 entspricht. Seitlich ist noch der äußere Behälter 1 aus Fig. 1 dargestellt. Fig. 7 stellt damit ein Detail von Fig. 1 dar.

Durch diese seitliche Ablenkung wird die Wirbelschicht 26 homogenisiert. Gleichzeitig verbleiben die

Brennstoffteilchen 28 länger im Wirbelbett, so daß sie vollständig verbrannt werden. Auch bei anderen Reaktionen, wie z. B. einer Vergasung, ist eine längere Verweildauer der Einsatzstoffe gewünscht. Durch die seitliche Ablenkung haben die Teilchen einen sehr guten Wärmekontakt mit zu den Wärmetauscherrippen 23, wodurch der Wärmeübergang erheblich verbessert und somit der Wirkungsgrad erhöht wird.

Die Fig. 8 zeigt einen Ausschnitt eines Wirbelschichtreaktors mit waagerecht liegenden Wärmetauscherrohren 22 mit Wärmetauscherabschnitten 24, an denen Wärmetauscherrippen 34 angeordnet sind. Die Wärmetauscherabschnitte 24 ragen horizontal in die Wirbelschicht 26, die in einem Reaktorbehälter 36 angeordnet ist. Der Reaktorbehälter 36 umfaßt eine Bodenplatte, die als Lochboden 38 mit Löchern 40 ausgebildet ist. Durch die Löcher 40 zusammen mit Pfeilen 42 wird eine Fluidisierungsvorrichtung dargestellt.

Bei dieser Ausführungsform sind die Wärmetauscherrippen 34 geneigt angeordnet, wobei die Neigungsrichtung der Wärmetauscherrippen 34 bei dem darüberliegenden Wärmetauscherabschnitt 24 gewechselt wurde. Daher werden die Teilchen 28 und die Dampfblasen 30 wechselweise nach links oder rechts abgelenkt, was zu einer guten Quervermischung führt. Es ist für den Fachmann klar, daß bei schräg liegenden Wärmetauscherabschnitten 24 die Wärmetauscherrippen 34 gemäß der erfindungsgemäßen Lehre anzuordnen sind.