Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die zugehörigen Vorrichtungen für die

Festbettvergasung zur statischen und/oder dynamischen Vergleichmäßigung der Strömung, insbesondere für hohe spezifische Vergaserleistungen.

Vergaser für die Festbettvergasung werden aus ökonomischen Gründen mit hoher Leistung betrieben. Entscheidend für die erreichbare Leistung des Vergasers ist dabei die möglichst gleichmäßige Durchströmung der Schüttung. Diese ist durch eine stufenweise Ausprägung der Reaktionszonen in der Schüttung des Festbettes im Festbettvergaser charakterisiert. Von unten nach oben sind das idealtypischer Weise die Reaktionszonen der Oxidation (Feuerzone), der Vergasung (Vergasungszone), der Pyrolyse (Pyrolysezone) und der Vorwärmung und Trocknung (Trocknungszone). Wenn es zu einer ungleichmäßigen Durchströmung der Schüttung mit bevorzugter Strömung in Wandnähe oder in Kanälen kommt, verwerfen sich die Reaktionszonen. Die Feuerzone kann lokal weit nach oben bis in den Bereich der eigentlichen

Trocknungszone wandern, der CO2-Gehalt des Rohgases steigt und es wird vermehrt Staub mit dem Rohgas ausgetragen. Ein hoher Staubaustrag stellt einen Verlust an Vergasungsstoff dar und erschwert die Aufbereitung des Rohgases und der bei der Entgasung gebildeten Kohlenwasserstoffe.

Die anfallende Staubmenge wird im Wesentlichen durch mit dem Vergasungsstoff eingetragenes primäres Feinkorn und die Bildung von sekundärem Feinkorn bei der Erwärmung, Trocknung, Entgasung und Vergasung des Vergasungsstoffes bestimmt. Bedingt durch hohe Temperaturgradienten sind die Partikel des Vergasungsstoffes vor allem in den Teilprozessen Erwärmung, Trocknung und Entgasung hohen thermischen Beanspruchungen ausgesetzt, die zum Zerfall der Partikel und somit zur sekundären Bildung von Feinkorn führen. Weiterhin entsteht Feinkorn durch die mechanische Beanspruchung der Partikel bei der Abwärtsbewegung der Schüttung.

Durch den Zerfall der Partikel und die Bildung von Feinkorn verschlechtert sich die Durchströmbarkeit der Schüttung in einem hohen Maße. Im Extremfall wird lokal die Wirbelpunktsgeschwindigkeit erreicht und die Schüttung wird instabil. Eine solche Instabilität führt zu einem stoßweise auftretenden hohen Staubaustrag und zur Ausbildung bevorzugt durchströmter Bereiche in der Schüttung, wodurch sich auch die Teerausbeute verringert.

Die thermische und mechanische Stabilität der Vergasungsstoffe ist dabei für die Bildung von Feinkorn und den Staubaustrag und somit für erreichbare spezifische Vergaserleistungen von entscheidender Bedeutung. Die Festigkeit gegenüber thermischen und mechanischen Beanspruchungen nimmt in der Reihenfolge

Steinkohle - Hartbraunkohle - Weichbraunkohle ab. Somit sind in der Regel beim

Einsatz von nicht- oder schwachbackenden Steinkohlen die höchsten und beim Einsatz von Weichbraunkohlen die niedrigsten spezifischen Vergaserleistungen erzielbar.

Weichbraunkohlen werden meist als Braunkohlenbriketts eingesetzt. Diese zerfallen im Oberteil des Vergasers besonders stark und produzieren viel Feinkorn. Die sich bildende Schüttung wird daher bereits bei niedrigen spezifischen Vergaserleistungen instabil und es kommt zum stoßweisen Austrag großer Staubmengen.

Im Extremfall kann es bei einer ungleichmäßigen Durchströmung der Schüttung durch hot spots sogar zu Verschlackungen im Festbettvergaser kommen. Um diese negativen Betriebsfolgen zu vermeiden, muss die Leistung der Festbettvergaser reduziert werden. Außerdem kann eine Anhebung des Mengenverhältnisses von Dampf zu Sauerstoff des Vergasungsmittels (Dampf/Sauerstoff-Verhältnis in kg/Nm ³ ) erforderlich werden, um die Maximaltemperaturen der Vergasung zu senken. Diese Maßnahmen sind

betriebswirtschaftlich von Nachteil.

Ein weiterer entscheidender Nachteil einer ungleichmäßigen Durchströmung der Schüttung ist, dass die untere Korngröße der eingesetzten Kohle angehoben, d.h. dass Feinkorn aus der Einsatzkohle ausgehalten, werden muss. Bei der Vergasung von Steinkohle ist das untere Ende des Körnungsbandes daher auf ca. 5 mm begrenzt. Bei der Vergasung von Braunkohlenbriketts, bei der während der Vergasung ein Zerfall bis auf die Brikettierkörnung von ca. 0-4 mm stattfindet, sind zur Vermeidung einer ungleichmäßigen Durchströmung etwa nur halb so hohe spezifische

Vergaserleistungen wie bei der Vergasung von stückiger Steinkohle erreichbar.

Stückige Rohbraunkohlen mit Rohkohlewassergehalten bis 50 % können aus Gründen der nicht erreichbaren regulären Durchströmung bisher in Festbettvergasern nicht eingesetzt werden.

Zur Lösung des Problems werden daher große Anstrengungen unternommen, um die Schüttung des Festbettvergasers gleichmäßig über deren Querschnitt anzuströmen, damit die Vergasungsmittel, die mit dem Drehrost zugeführt werden, den Vergasungsstoff unabhängig von den Betriebsbedingungen gleichmäßig über den Querschnitt der Schüttung durchströmen.

Hierzu wird gemäß DE112005002983B4 vorgeschlagen, die an der Oberfläche des Drehrostes befindlichen Vergasungsmittelauslässe, die vertikal und radial beabstandet sind, hinsichtlich der Öffnungsgrößen entsprechend so zu gestalten, dass die äußersten Vergasungsmittelauslässe den höchsten Anteil und die innersten

Vergasungsmittelauslässe den niedrigsten Anteil der Vergasungsmittel in die Schüttung einspeisen. Damit wird allenfalls den Flächenproportionen des zu durchströmenden Schüttungsquerschnitts entsprochen. Ungleichmäßigkeiten, die aus den

Inhomogenitäten der Schüttung resultieren, können nicht kompensiert werden.

In DD141246A3 wird vorgeschlagen, die Gleichverteilung mittels einer Rostkonstruktion zu verbessern, bei der der Druckverlust der Vergasungsmittelauslässe höher als der Druckverlust der Schüttung ist.

Vorschlag DD260192A3 empfiehlt schließlich eine gezielte Ausprägung von

Strömungskanälen. Hierzu wird ein Drehrost beschrieben, bei dem die Abstände der Vergasungsmittelauslässe so groß gewählt sind, dass sich bei definierter, gestufter Drehung des Rostes in der Halteperiode über jedem Vergasungsmittelauslass ein Strömungskanal ausbilden soll.

Weitere prinzipielle Gestaltungsmöglichkeiten zur Vergleichmäßigung des Gasaustritts aus dem Drehrost sind von Schwachgasgeneratoren bekannt, wobei auf

Besonderheiten im Vergleich zur Festbettdruckvergasung hinzuweisen ist.

Schwachgasgeneratoren werden mit Luft und untergeordnet mit Wasserdampf als Vergasungsmittel bei geringen Überdrücken gegenüber Umgebungsdruck von höchstens 50 mbar Wassersäule betrieben. Um unter den ungünstigen Vordruck- Bedingungen die erforderliche Vergasungsmittelmenge einspeisen zu können, muss der Strömungswiderstand des Vergasungsmitteldurchtritts durch den Drehrost im Verhältnis zum Druckverlust der Schüttung stark begrenzt sein, d.h. die Querschnitte der Vergasungsmittel-Auslässe des Drehrostes sind entsprechend groß gestaltet.

Dementsprechend kann nicht der Drehrost die Verteilung der Vergasungsmittel über den Querschnitt der Schüttung, übernehmen, sondern die Verteilung erfolgt

entsprechend der Inhomogenität der Schüttung, bevorzugt in der Höhe der Schüttung, wo die höchsten Druckverluste vorliegen. Das hat zur Folge, dass die Vergasungsmittel im Regelfall extrem ungleichmäßig über den Bettquerschnitt verteilt strömen, so dass die Vergaserleistung gedrosselt werden muss. Vor diesem Hintergrund sind die

Lösungsvorschläge DE656988A und DE1086001 B zur gezielten Zufuhr eines

Vergasungsmittels oder unterschiedlicher Vergasungsmittel zu einem oder mehreren Sektoren des Drehrosts von Schwachgasgeneratoren zu verstehen.

DE656988A zielt darauf ab, eine gleichmäßige Verteilung des Dampf-Luft-Gemisches über den gesamten Querschnitt des Gaserzeugerschachtes zu erreichen, wobei die Verteilung nicht über die Rostöffnungen, sondern außerhalb liegender Drosselstellen erfolgt, die Rostsegmenten zugeordnet sind. Dabei werden die besonderen

Vergasungsmittel sektorförmigen Teilen des Polygonrostes mittels getrennter

Verteilerkästen zugeführt. Die Zielsetzung der Erfindung wird darin gesehen, die Öffnungen des Drehrostes gleichmäßig zu beaufschlagen. Abgesehen davon, dass keine Gleichverteilung über den Querschnitt der Schüttung mittels des Drehrostes erreicht werden kann, wird nicht einmal die Gleichverteilung über die Sektoren des Drehrosts erreicht, da auch über die Sektoren kein höherer Vordruck erreicht werden kann. DE656988A bietet daher keine Hilfe, eine Vergleichmäßigung der Durchströmung der Schüttung über den Querschnitt eines Schwachgasgenerators oder eines

Festbettdruckvergasers zu erreichen.

In DE1086001 B wird ein Vorschlag für die individuelle Zufuhr und Regelung der Vergasungsmittel zu einzelnen Sektoren der Schüttung von atmosphärisch betriebenen Drehrostgeneratoren vorgelegt. Dabei sollen die Sektoren der Schüttung in Menge und Qualität individuell geregelt mit Vergasungsmitteln versorgt werden, was nur unter der Idealannahme einer dynamischen, vollständigen Abdichtung der Zuführung der

Vergasungsmittel zu den einzelnen Sektoren möglich ist. Die Realisierbarkeit dieser Idealannahme vorausgesetzt, würde der Sektor der Schüttung, der den höchsten Durchströmungswiderstand aufweist, am geringsten durchströmt werden. Sollte der Versuch unternommen werden, die Vergasungsmittelmenge derart zu erhöhen, um die gewünschte stärkere Durchströmung dieser schwer durchströmbaren Sektoren zu erreichen, würde die wasserbeaufschlagte Tassendichtung durchschlagen. Somit liegt auf der Hand, dass die Vergasungsmittelmenge nicht individuell geregelt werden kann. Im Gegenteil, sie ist entsprechend des höchsten Druckverlustes des am schlechtesten durchströmbaren Sektors der Schüttung begrenzt. Sektorweise geregelt werden könnte also theoretisch nur die Qualität des Vergasungsmittels, indem individuell

Vergasungsmittel zugeführt wird. Dem Fachmann ist indes bekannt, dass

Drehrostgeneratoren grundsätzlich bei höchstmöglichen Temperaturen in der Oxidationszone betrieben werden, um die Asche zu granulieren und den Strömungswiderstand der Aschezone, der von allen Zonen am schlechtesten durchströmbaren Zone, so gering wie möglich zu halten. Übertragen auf die in

DE1086001 B vorgestellte Lösung heißt das, dass weder die behauptete, sektorale zusätzliche Dampfzufuhr (mit der Folge der Abkühlung unterhalb der Temperatur der Aschegranulierung) oder Sauerstoffzufuhr (mit der Folge des Temperaturanstiegs über die kritische Temperatur mit Gefahr der Verschlackung) möglich ist. Im Widerspruch zu den erhofften Verbesserungen würde durch diese Maßnahmen der Vergaserbetrieb massiv gestört werden, und die Verwerfungen in der Schüttung würden zu- statt abnehmen.

Die bisherigen Vorschläge zur Verbesserung des Drehrostes und seines Betriebs sind ungeeignet, um eine Vergleichmäßigung der Strömung bei hohen spezifischen

Leistungen der Festbettvergaser zu erreichen, da eine nicht-steuerbare und

unkontrollierte Umverteilung der Strömung erst in der Schüttung stattfindet. Es wurde noch keine Lösung gefunden, wie Schieflagen der Strömung mit der Folge eines erhöhten Feuerbetts bis hin zu hot spots im Zentrum oder in Wandnähe des

Festbettvergasers aktiv behoben werden können, ohne dass starke

Leistungsabsenkungen bis hin zu Außerbetriebnahmen des Vergasers erforderlich werden.

Zur Beeinflussung der Schüttung hat man sich insbesondere im Zusammenhang mit dem Einsatz von Briketts aus Weichbraunkohle sehr intensiv mit der Problematik der Feinkornbildung sowie der Durchströmbarkeit der sich bildenden Schüttung beschäftigt und eine Reihe von Vorschlägen zur Vergleichmäßigung der Strömung im Oberteil der Schüttung und zur Verringerung des Staubaustrags erarbeitet.

Zur Verringerung der thermischen Beanspruchung durch Senkung der Temperatur im Oberteil des Vergasers wird vorgeschlagen:

• in DD38791A1 und DD136505A1 die Abführung einer Teilmenge des erzeugten Vergasungsgases über einen gesonderten Gasabgang,

• in DD120043A1 und DD121796A1 die Erhöhung des Wassergehalts des

Vergasungsstoffes,

• in DD138221 A1 und DD26392A1 das Einleiten von Gaswasser bzw. Staub- Dickteer-Produkt. Zur Einschränkung bzw. Eliminierung der Bildung von Kanälen in der Schüttung werden in DD148641A1 und DD148642A1 spezielle Kohleverteiler vorgeschlagen, die mit Gasdurchtrittsöffnungen versehen sind und somit ein Anheben der Schüttung nach Überschreiten der Stabilitätsgrenze verhindern sollen.

In DD145403A1 und DD152805A1 wird die Anordnung von Auflockern ngselementen in der Schüttung vorgeschlagen, durch die eine gleichmäßige Verteilung sich bildender Strömungskanäle erreicht werden soll. In DD280776A1 , DD280777A1 , DD280778B5 und DD280779A1 werden spezielle Kohleverteiler vorgeschlagen, die einen

ringförmigen Gassammeikanal oder über den Vergaserquerschnitt verteilt eine Reihe von Gassammeiräumen zur Erzeugung einer gleichmäßigen Schüttbewegung und Gasströmung bilden.

Zur Rückhaltung von Staub wird in DD150906A1 ein waagerecht durchströmter

Schüttschichtfilter im Kohleverteiler vorgeschlagen. In DD218774A3 wird vorgeschlagen, den mit Vergasungsstoff gefüllten Raum des Kohleverteilers für die

Vorwärmung, Trocknung und Teilentgasung des Vergasungsstoffes durch die Thermik der Gasströmungen zu nutzen.

Der Staubaustrag ist aber auch bei der Vergasung von stückigen Steinkohlen, deren Korngrößen ca. 5 bis 50 mm, in Einzelfällen bis zu 100 mm, betragen, ein bisher ungelöstes Problem. Nach J.R. Bunt werden auch grobkörnige Partikel mit Korngrößen bis 6 mm mit dem Rohgas ausgetragen (Bunt 2006). Grobkörnige Partikel dieser Korngröße können nur von Gassträhnen, die mit Strömungsgeschwindigkeiten von mehreren Metern pro Sekunde (m/s) aus dem Festbett in Form von Strömungskanälen austreten, oder durch die Ausbildung von lokalen Wirbelschichten auf der Oberfläche des Festbettes, die lokale Strömungsgeschwindigkeiten von ca. 1 m/s erfordern, in den Gasabgang mitgerissen werden. Lokal erhöhte Austrittsgeschwindigkeiten werden auch durch Schieflagen und untypisch hohe Lagen des Feuerbettes verursacht, wie von J.R. Bunt und F.B. Waanders sowie anderen Autoren beschrieben (Bunt,

Waanders 2008; Glover et al. 1995).

Trotz langjähriger, umfangreicher Bemühungen zur Senkung des Staubaustrages bei der Vergasung wurde von der Fachwelt ein entscheidender Aspekt nicht erkannt. Im Gassammeiraum, der u.a. als Beruhigungsraum fungiert, setzt sich ein Teil des aus der Schüttung ausgetragenen Feinkorns ab und bildet auf der Oberfläche der Schüttung Feinkornablagerungen. Diese Ablagerungen, die die Schüttung je nach Feinkornanfall mehr oder weniger bedecken, haben im Vergleich zur normalen Schüttung einen sehr hohen Strömungswiderstand.

Die Folge davon ist, dass die Schüttung unterhalb der Ablagerungen kaum noch vom Rohgas durchströmt wird. Unter diesen Bedienungen kann das abgelagerte Feinkorn wieder in die unterhalb gelegene Schüttung gelangen und mit der Schüttung im

Vergaser abwärts wandern. Dabei füllt das Feinkorn das Lückenvolumen der Schüttung weitgehend aus und macht diesen Bereich nahezu undurchströmbar.

Die Ablagerungen an der Obergrenze der Schüttung zum Gassammeiraum führen somit dazu, dass der obere Bereich der Schüttung sehr unregelmäßig durchströmt wird. Die nicht mit Feinkorn überlagerten Bereiche werden mit einer hohen

Strömungsgeschwindigkeit vom Gas durchströmt, die ein Mehrfaches der auf den gesamten Querschnitt bezogenen mittleren Geschwindigkeit erreichen kann. Die Strömungsgeschwindigkeit unterhalb des von Feinkorn überlagerten Bereiches ist währenddessen sehr gering. In den Bereichen stark erhöhter

Strömungsgeschwindigkeiten wird gröberes Gut aus der Schüttung ausgetragen, welches durch Gasstrahlen in die höheren Bereiche des Gassammeiraumes und damit in den Gasabgang gelangen und aus dem Vergaser ausgetragen werden kann.

Schieflagen mit erhöhtem Feuerbett und kanalartiger Durchströmung treten

systematisch bevorzugt in der Nähe bzw. unterhalb des Gasabgangs auf. Der Grund hierfür liegt in der bevorzugten Strömung des Rohgases auf kürzestem Wege hin zum seitlich angeordneten Gasabgang (im Extremfall als Kurzschlussströmung). Unterstützt werden solche Schieflagen noch durch eine mögliche Randgängigkeit der Strömung aufgrund des größeren Lückenvolumens und/oder der Anreicherung großer Partikel in Wandnähe. Ein weiterer Grund für die Schieflagen-Bildung ist, insbesondere bei leicht backenden Steinkohlen, dass die Bildung von Schmelzverbünden im Bett abhängig von der Aufheizgeschwindigkeit ist. Langsame Aufheizung begünstigt solche

Schmelzverbünde, während schnelle Aufheizung diese unterdrückt.

Die Hauptmenge des Rohgases strömt entweder über eine relativ kleine

Gasaustrittsfläche an der Oberfläche der Schüttung in den Gassammeiraum oder bevorzugt in Wandnähe und in bevorzugter Richtung zum Gasabgang. Diese

einseitigen Strömungen bedingen lokale Konzentrationen der Reaktionszonen. Im Bereich der hohen Strömungsgeschwindigkeiten laufen die Prozesse der Trocknung und Entgasung mit erhöhter Geschwindigkeit ab, sodass diese Zonen hier eine geringere Mächtigkeit aufweisen als im restlichen, flächenmäßig überwiegenden Vergaserquerschnitt. Der beschleunigte Prozessablauf bedingt eine höhere thermische Beanspruchung des Vergasungsstoffes und somit einen stärkeren Zerfall und eine erhöhte Bildung von sekundärem Feinkorn. Dieses Feinkorn, welches bei der hohen Strömungsgeschwindigkeit über den Gasabgang aus der Schüttung und dem Vergaser als Staub ausgetragen wird, begrenzt die Leistung der Vergaser.

Abhilfe zur Vergleichmäßigung der Gasströmung soll gemäß DE112005002983B4 durch einen statischen Kohleverteiler geschaffen werden, mit dem das Rohgas aus einer ringförmigen Zone in den Gassammeiraum absaugt wird, die sich in einem

Abstand zur Wand befindet. Durch die Ausbildung einer von der Wand entfernten ringförmigen Zone ist jedoch von vornherein ein geometrisch ungünstiges Verhältnis von Gasaustrittsfläche zur Bett-Querschnittsfläche (Bett-Flächenverhältnis) bedingt. Damit steigt die mittlere Gasaustrittgeschwindigkeit, die sich - stark vereinfacht - durch Multiplikation der Gasaustrittsgeschwindigkeit aus der Schüttung bei theoretisch vollständiger Verfügbarkeit der Schüttungsoberfläche mit dem Kehrwert des Bett- Flächenverhältnisses ergibt. Die Gasaustrittgeschwindigkeit erreicht lokal sehr hohe Werte (bis ca. 1 m/s), die für ein Körnungsspektrum des Staubes von 0 bis ca. 6 mm oberhalb der Wirbelpunktgeschwindigkeit liegen können.

Die Gasaustrittsfläche und die Bett-Querschnittsfläche sind hier als Querschnittsflächen senkrecht zur Achse des Vergasers definiert. Die Gasaustrittsfläche, die sich unterhalb des Gassammeiraumes ausbildet, wird gemäß DE112005002983B4 von der

Unterkante des statischen Kohleverteilers, oder bei einem einfachen Einhängeschacht gemäß DE102012009265B4 von der Unterkante des Schachtes, und der Innenwand des Vergasers begrenzt.

Ein anderer Lösungsansatz, Schiefbrand und Staubaustrag in Festbettvergasern zu verringern, wird darin gesehen, einen gleichmäßigen Rohgasabzug aus der Oberfläche der Kohleschüttung über den gesamten Schachtquerschnitt zu erreichen, indem das Gas gezwungen wird, zunächst in den Rohgassammeiraum und von dort in den

Rohgasabgang zu strömen. Der seitliche Rohgasabgang wird zu diesem Zweck durch einen Rohgasabzug oder Gasabzugskanal weiter nach oben hin in den

Gassammeiraum verlängert. Dazu wird vor den eigentlichen Rohgasabzug in der Regel ein 90°-Krümmer gesetzt, so dass der Eintrittsquerschnitt des Rohgasabzugs nicht mehr vertikal, sondern nunmehr horizontal angeordnet ist und deutlich höher liegt als der Eintrittsquerschnitt des seitlichen Rohgasabgangs. Hierfür ist in DD110510A1 der Gasabzugskanal als offenes Leitblech beschrieben. Die gewünschte gleichmäßige Gasgeschwindigkeit beim Austritt des Gases aus der Ringzone in den Gassammeiraum kann nicht erreicht werden. Das Gas strömt zwar unbeeinflusst von der Gestaltung des Rohgasabgangs, allein von den Durchströmungsbedingungen des Festbetts bestimmt, in den Gassammeiraum, jedoch mit dem Unterschied, dass die aus dem Festbett austretende Gasströmung nun gezwungen wird, weiter nach oben in den

Gassammeiraum zu strömen. Bei dieser Aufwärts- und Querströmung verliert die Gasströmung mehr Staub, als das vorher der Fall war. Der Staub setzt sich auf der Schüttungsoberfläche ab, und zwar statistisch gesehen je mehr, je weiter die

Schüttungsoberfläche vom Rohgasabgang entfernt liegt. Die abgesetzte Staubschicht bildet einen zusätzlichen Strömungswiderstand und wird mit der Schüttung teilweise nach unten transportiert. Beides führt dazu, dass die Schüttung, je weiter sie vom Rohgasabgang entfernt ist, statistisch umso schlechter durchströmt wird. Die

Kurzschlussströmung wird sich daher, wenn überhaupt, örtlich nur wenig vom

Rohgasabgang verlagern.

Es wurde demnach noch keine Lösung gefunden, wie Schieflagen mit erhöhtem

Feuerbett bis hin zu hot spots im Zentrum des Vergasers oder in Wandnähe des Vergasers behoben werden können. Die Folge sind Leistungsbegrenzungen, um zu hohe Staubausträge und/oder die Bildung großer Schmelzverbünde oder gar

Verschlackungen zu vermeiden. Des Weiteren bestehen zusätzliche

Leistungseinschränkungen bei erhöhten Anteilen von primärem Feinkorn in der Einsatzkohle oder eine verringerte Toleranz gegenüber der unteren Korngröße der Einsatzkohle, mithin eine Begrenzung der Einsatzkohlequalitäten und der

Synthesegasleistung bei Betriebsparametern, die sich in betriebswirtschaftlich zulässigen Grenzen bewegen.

Ziel der Erfindung ist die Erhöhung der spezifischen Leistung für Festbettvergaser. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und die zugehörigen

Vorrichtungen zu entwickeln, welche eine gleichmäßige Durchströmung der Schüttung des Bettes ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Festbettvergasung zur statischen und/oder dynamischen Vergleichmäßigung der Strömung und Erhöhung der spezifischen Vergaserleistung in einem Festbettvergaser gelöst mit einem statischen Kohleverteiler in Form eines zylindrischen Einhängeschachtes, dessen Oberkante mit der Kuppel des Festbettvergasers verbunden ist, mit einem kontinuierlich oder nicht-kontinuierlich rotierenden Drehrost, der als Stufenrost ausgeführt sein kann, sowohl nicht-reversierbar oder reversierbar betreibbar ist, und

Vergasungsmittelaustrittsöffnungen aufweist, die in Schüttgut-freie Ringräume münden, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergasungsmittel von verschiedenen Sektoren des Drehrostes (Drehrost-Sektoren) mit unterschiedlichen Sektorbelastungen

(mengenmäßig forciert oder reduziert) in die drehrostnahen Zylindersektoren der Schüttung des Bettes (Rost-Schüttungssektoren) oder Bereiche dieser Sektoren dynamisch forciert oder reduziert eingespeist wird, wobei die Sektorbelastungen der forcierten Drehrost-Sektoren um 20 bis 100 % über den Sektorbelastungen der reduzierten Drehrost-Sektoren liegen, und wobei die Aufenthaltsdauern der Drehrost- Sektoren in den Rost-Schüttungssektoren gleich gehalten oder variiert werden, und/oder

a) dass der Festbettvergaser mit dem Einhängeschacht mit einem in der Höhe

konstanten unteren Rand, mit Zylindersektoren der Schüttung (Schacht- Schüttungssektoren) mit aus dem Verhältnis von der horizontalen Projektion der Gasaustrittsfläche an der Obergrenze der Schüttung zum Gassammeiraum zur Querschnittsfläche des Zylindersektors gebildeten Sektor-Flächenverhältnissen durch Gestaltung und/oder Anordnung des Einhängeschachtes so betrieben wird, dass die Rohgasmengen an der Obergrenze der Schüttung zum Gassammeiraum im Verhältnis der Sektor-Flächenverhältnisse statisch forciert oder reduziert abgezogen werden, wobei sich die von mindestens zwei Schacht- Schüttungssektoren abgezogenen Rohgasmengen entsprechend des Verhältnisses von maximalem zu minimalem Sektor-Flächenverhältnis > 1 ,1 und bevorzugt > 1 ,5 voneinander unterscheiden, oder

b) dass der Festbettvergaser mit symmetrisch angeordnetem Einhängeschacht und mit einem in der Höhe geneigten und/oder zacken- oder wellenförmigen unteren Rand, durch Gestaltung des Einhängeschachtes so betrieben wird, dass die

Rohgäsmengen an der Obergrenze der Schüttung zum Gassammeiraum, die über den Umfang der Schüttung mindestens eine radial ausgerichtete Erhöhung (Kamm) und eine radial ausgerichtete Vertiefung (Tal) aufweist, entsprechend der

Höhenunterschiede zwischen den Kämmen und den Tälern verstärkt aus den Kämmen und abgeschwächt aus den Tälern abgezogen werden, oder c) dass der Festbettvergaser mit einem asymmetrisch angeordneten

Einhängeschacht mit einem in der Höhe geneigten und/oder zacken- oder wellenförmigen unteren Rand, durch Gestaltung und/oder Anordnung des

Einhängeschachtes so betrieben wird, dass die Rohgasmengen an der

Obergrenze der Schüttung zum Gassammeiraum im Verhältnis der Sektor- Flächenverhältnisse statisch forciert oder reduziert abgezogen werden, wobei sich die von mindestens zwei Schacht-Schüttungssektoren abgezogenen

Rohgasmengen entsprechend des Verhältnisses von maximalem zu minimalem Sektor-Flächenverhältnis > 1 ,1 und bevorzugt > 1 ,5 voneinander unterscheiden und dass die Rohgasmengen an der Obergrenze der Schüttung zum Gassammeiraum, die über den Umfang der Schüttung mindestens eine radial ausgerichtete Erhöhung (Kamm) und eine radial ausgerichtete Vertiefung (Tal) aufweist, entsprechend der Höhenunterschiede zwischen den Kämmen und den Tälern verstärkt aus den Kämmen und abgeschwächt aus den Tälern abgezogen werden,

und dass bei a), b) und c) der Festbettvergaser mit dem Einhängeschacht mit einem in der Höhe konstanten, geneigten und/oder zacken- oder wellenförmigen unteren Rand so betrieben wird, dass das Bett-Flächenverhältnis als Verhältnis der horizontalen Projektion der gesamten Gasaustrittsfläche an der Grenze zum Gassammeiraum zur Bett-Querschnittsfläche der Schüttung > 0,25 ist, bevorzugt > 0,33 ist.

Die zylinderförmige Schüttung ist im von der Vergaserinnenwand begrenzten

Innenraum des Vergasers gedanklich in geometrische Zylindersektoren, die in der Nähe des Einhängeschachtes als Schacht-Schüttungssektoren bezeichnet werden, unterteilt, wobei jedem Schacht-Schüttungssektor ein Verhältnis von der horizontalen Projektion der Gasaustrittsfläche an der Obergrenze der Schüttung zum Gassammeiraum im jeweiligen Zylindersektor zur Querschnittsfläche des Zylindersektors zugeordnet ist, welches als Sektor-Flächenverhältnis bezeichnet wird, und wobei der gesamten

Schüttung als Summe aller Zylindersektoren ein Verhältnis der horizontalten Projektion der gesamten Gasaustrittsfläche an der Obergrenze der Schüttung zum

Gassammeiraum zur Querschnittsfläche der gesamten Schüttung zugeordnet ist, das als Bett-Flächenverhältnis bezeichnet wird.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Verfahren zur Festbettvergasung so geführt, dass das Vergasungsmittel von verschiedenen Sektoren des Drehrostes (Drehrost-Sektoren) mit unterschiedlichen Sektorbelastungen (mengenmäßig forciert oder reduziert) in die drehrostnahen Zylindersektoren der Schüttung des Bettes (Rost- Schüttungssektoren) oder Bereiche dieser Sektoren dynamisch forciert oder reduziert eingespeist wird, wobei die Sektorbelastungen der forcierten Drehrost-Sektoren um 20 bis 100 % über den Sektorbelastungen der reduzierten Drehrost-Sektoren liegen, und wobei die Aufenthaltsdauern der Drehrost-Sektoren in den Rost-Schüttungssektoren gleich gehalten oder variiert werden, und

a) dass der Festbettvergaser mit dem Einhängeschacht mit einem in der Höhe

konstanten unteren Rand, mit Zylindersektoren der Schüttung (Schacht- Schüttungssektoren) mit aus dem Verhältnis von der horizontalen Projektion der Gasaustrittsfläche an der Obergrenze der Schüttung zum Gassammeiraum zur Querschnittsfläche des Zylindersektors gebildeten Sektor-Flächenverhältnissen durch Gestaltung und/oder Anordnung des Einhängeschachtes so betrieben wird, dass die Rohgasmengen an der Obergrenze der Schüttung zum Gassammeiraum im Verhältnis der Sektor-Flächenverhältnisse statisch forciert oder reduziert abgezogen werden, wobei sich die von mindestens zwei Schacht- Schüttungssektoren abgezogenen Rohgasmengen entsprechend des Verhältnisses von maximalem zu minimalem Sektor-Flächenverhältnis > 1 ,1 und bevorzugt > 1 ,5 voneinander unterscheiden, oder

b) dass der Festbettvergaser mit symmetrisch angeordnetem Einhängeschacht und mit einem in der Höhe geneigten und/oder zacken- oder wellenförmigen unteren Rand, durch Gestaltung des Einhängeschachtes so betrieben wird, dass die

Rohgasmengen an der Obergrenze der Schüttung zum Gassammeiraum, die über den Umfang der Schüttung mindestens eine radial ausgerichtete Erhöhung (Kamm) und eine radial ausgerichtete Vertiefung (Tal) aufweist, entsprechend der

Höhenunterschiede zwischen den Kämmen und den Tälern verstärkt aus den Kämmen und abgeschwächt aus den Tälern abgezogen werden, oder

c) dass der Festbettvergaser mit einem asymmetrisch angeordneten

Einhängeschacht mit einem in der Höhe geneigten und/oder zacken- oder wellenförmigen unteren Rand, durch Gestaltung und/oder Anordnung des

Einhängeschachtes so betrieben wird, dass die Rohgasmengen an der

Obergrenze der Schüttung zum Gassammeiraum im Verhältnis der Sektor- Flächenverhältnisse statisch forciert oder reduziert abgezogen werden, wobei sich die von mindestens zwei Schacht-Schüttungssektoren abgezogenen

Rohgasmengen entsprechend des Verhältnisses von maximalem zu minimalem Sektor-Flächenverhältnis > 1 ,1 und bevorzugt > 1 ,5 voneinander unterscheiden und dass die Rohgasmengen an der Obergrenze der Schüttung zum Gassammeiraum, die über den Umfang der Schüttung mindestens eine radial ausgerichtete Erhöhung (Kamm) und eine radial ausgerichtete Vertiefung (Tal) aufweist, entsprechend der Höhenunterschiede zwischen den Kämmen und den Tälern verstärkt aus den Kämmen und abgeschwächt aus den Tälern abgezogen werden,

und dass bei a), b) und c) der Festbettvergaser mit dem Einhängeschacht mit einem in der Höhe konstanten, geneigten und/oder zacken- oder wellenförmigen unteren Rand so betrieben wird, dass das Bett-Flächenverhältnis als Verhältnis der horizontalen Projektion der gesamten Gasaustrittsfläche an der Grenze zum Gassammeiraum zur Bett-Querschnittsfläche der Schüttung > 0,25 ist, bevorzugt > 0,33 ist,

und dass die durch den Drehrost erzeugte dynamische Forcierung oder Reduzierung der Beaufschlagung der Rost-Schüttungssektoren mit Vergasungsmittel mit der durch den Einhängeschacht erzeugten statischen Forcierung oder Reduzierung der Strömung in den Schacht-Schüttungssektoren durch die Ausbildung unterschiedlicher Sektor- Flächenverhältnisse oder durch die Ausbildung von Kämmen und Tälern so abgestimmt ist, dass mindestens eine durch eine erhöhte Sektorbelastung erzeugte dynamische Forcierung in einem Rost-Schüttungssektor und mindestens eine durch ein maximales Sektor-Flächenverhältnis und/oder durch einen Kamm des Einhängeschachtes erzeugte statische Forcierung in einem Schacht-Schüttungssektor geometrisch korrespondierend erfolgen, wobei die horizontalen Projektionen der dynamisch forcierten Rost-Schüttungssektoren und der statisch forcierter Schacht- Schüttungssektoren in ihren Winkelpositionen übereinstimmen oder sich abwechseln, oder wobei vorzugsweise drei dynamisch forcierte Rost-Schüttungssektoren in der horizontalen Projektion mit drei statisch forcierten Schacht-Schüttungssektoren in den Winkelpositionen übereinstimmen.

Vorteilhaft erfolgt die Festbettdruckvergasung zur statischen und dynamischen

Vergleichmäßigung der Strömung und Erhöhung der spezifischen Vergaserleistung beim Einsatz eines kontinuierlich oder nicht-kontinuierlich rotierenden Drehrostes, der sowohl nicht-reversierbar oder reversierbar betreibbar ist, und eines statischen

Kohleverteilers in Form eines Einhängeschachtes so,

dass das Vergasungsmittel von verschiedenen Kreissektoren des Drehrostes (Drehrost- Sektoren) mit unterschiedlichen Sektorbelastungen (forciert oder reduziert) in die drehrostnahen Kreissektoren der Schüttung des Bettes (Rost-Schüttungssektoren) oder Bereiche dieser Sektoren eingespeist, wobei die Sektorbelastung der forcierten

Drehrost-Sektoren um 20 bis 100 % über der Sektorbelastung der reduzierten

Drehrost-Sektoren liegt, und dass die Aufenthaltsdauer der Drehrost-Sektoren im Bereich der Rost-Schüttungssektoren gleich gehalten oder variiert wird,

und/oder dass die Zylindersektoren des durch die Vergaserinnenwand begrenzten Vergaserinnenraumes (Sektoren) durch die Gestaltung und Anordnung des

Einhängeschachtes mit definierten Verhältnissen der horizontalten Projektion der Gasaustrittsfläche an der Obergrenze der Schüttung zum Gassammeiraum zur Fläche des zugehörigen, dem Einhängeschacht nahen Kreissektors der Schüttung des Bettes (Schacht-Schüttungssektor), genannt Sektor-Flächenverhältnisse, ausgestattet sind und dass sich die Sektor-Flächenverhältnisse bei mindestens zwei Sektoren

voneinander unterscheiden, wobei das Verhältnis von maximalem zu minimalem

Sektor-Flächenverhältnis > 1 ,1 und das Bett-Flächenverhältnis als Verhältnis der horizontalten Projektion der gesamten Gasaustrittsfläche zur Bett-Querschnittsfläche > 0,33 ist,

und dass die durch den Drehrost erzeugte dynamische Forcierung oder Reduzierung der Beaufschlagung der Rost-Schüttungssektoren mit Vergasungsmittel mit der durch den Einhängeschacht erzeugten statischen Forcierung oder Reduzierung der Strömung in den Schacht-Schüttungssektoren durch die Ausbildung unterschiedlicher Sektor- Flächenverhältnisse abgestimmt ist.

Für Festbettvergaser mit kreisförmigem Querschnitt der Schüttung des Bettes, einen kontinuierlich oder nicht-kontinuierlich gedrehten Drehrost, der sowohl nicht- reversierbar als auch reversierbar betreibbar ist, und einen statischen Kohleverteiler in Form eines Einhängeschachtes, wird eine Vergleichmäßigung der Strömung und Erhöhung der spezifischen Vergaserleistung dadurch erreicht,

dass der Drehrost und der Einhängeschacht zwei Elemente einer funktionalen Einheit bilden, die darin besteht, dass die Durchströmung der drehrostnahen Kreissektoren der Schüttung des Bettes (Rost-Schüttungssektoren) und der dem Einhängeschacht nahen Kreissektoren der Schüttung des Bettes (Schacht-Schüttungssektoren) von beiden Elementen aufeinander abgestimmt und sektorgenau forciert und reduziert wird, wodurch die Durchströmung der Sektoren der Schüttung des gesamten Bettes

(Zylindersektoren) insgesamt dynamisch vergleichmäßigt wird, wobei durch den Drehrost die dynamische Forcierung (und Reduzierung) der

Durchströmung der Rost-Schüttungssektoren und durch den Einhängeschacht die statische Forcierung (und Reduzierung) der Durchströmung der

Schacht-Schüttungssektoren erfolgt,

dass die Kreissektoren des Drehrostes (Drehrost-Sektoren) die

Rost-Schüttungssektoren im unteren Teil der Schüttung formieren,

wobei die Drehrost-Sektoren mit unterschiedlichen Sektorbelastungen derart

ausgestattet sind, dass das Vergasungsmittel in die Rost-Schüttungssektoren reduziert und forciert eingespeist wird, wobei die Sektorbelastung der forcierten Sektoren des Drehrostes (forcierte Drehrost-Sektoren) um 20 bis 100 % über der Sektorbelastung der reduzierten Sektoren des Drehrostes (reduzierte Drehrost-Sektoren) liegt,

dass der Einhängeschacht durch seine Gestaltung und Anordnung die

Schacht-Schüttungssektoren im oberen Teil der Schüttung formiert,

wobei die Zylindersektoren des durch die Vergaserinnenwand begrenzten

Vergaserinnenraumes (Sektoren) mit definierten Verhältnissen der horizontalten

Projektion der Gasaustrittsfläche an der Obergrenze der Schüttung zum

Gassammeiraum zur Fläche des zugehörigen, dem Einhängeschacht nahen

Kreissektors der Schüttung des Bettes (Schacht-Schüttungssektor), genannt Sektor- Flächenverhältnisse, ausgestattet sind und dass sich die Sektor-Flächenverhältnisse bei mindestens zwei Sektoren voneinander unterscheiden, sodass entsprechend der Sektor-Flächenverhältnisse unterschiedliche Rohgasmengen von den Schacht- Schüttungssektoren abgezogen werden, wobei das Verhältnis von maximalem zu minimalem Sektor-Flächenverhältnis > 1 ,1 und das Bett-Flächenverhältnis als

Verhältnis der horizontalten Projektion der gesamten Gasaustrittsfläche zur Bett- Querschnittsfläche > 0,33 ist,

und dass die Sektoren des Drehrostes (Drehrost-Sektoren) und die Sektoren des Einhängeschachtes (Einhängeschacht-Sektoren) die gleiche oder eine gezielt abweichende Sektorierung aufweisen.

Der erste Teil der Erfindung betrifft den Drehrost. Der Drehrost wird gemäß der

Erfindung so funktionalisiert, dass während des Regelbetriebs des Festbettvergasers eine gezielte, dynamische Forcierung der Rohgasströmung in den

Rost-Schüttungssektoren im unteren Teil der Schüttung vorgenommen wird. Die definierten Sektorbelastungen der Drehrost-Sektoren weisen jedem Rost-Schüttungssektor einen definierten Anteil an zugeführtem Vergasungsmittel zu, der infolge der Rotation des Drehrostes temporär veränderlich ist. Dies ermöglicht a) permanente, systematische Schieflagen der Gasströmung, wie die bevorzugte

Strömung zum Gasabgang hin, im Unterteil der Schüttung gezielt zu unterbrechen und zu kompensieren und/oder b) darüber hinaus eine dynamische Gleichverteilung der Strömung über den Bettquerschnitt zu forcieren.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine temporär ungleichmäßige,

dynamisierte Anströmung der Rost-Schüttungssektoren des Bettes vorgenommen, um die sich immer wieder bildenden Ungleichmäßigkeiten der Durchströmbarkeit des Bettes in den einzelnen Zylindersektoren der Schüttung dynamisch zu kompensieren. Die Ausgestaltung der Drehrost-Sektoren wird entsprechend des konkreten

Anwendungsfalls, insbesondere hinsichtlich der Durchströmbarkeit der Schüttung und des Aschegehaltes der Vergasungsstoffe, korrespondierend zur Sektorierung des Einhängeschachtes vorgenommen. Bei Festbettvergasern, bei denen eine bevorzugte Strömung zum Gasabgang, mithin zu dem Gasabgang zugeordneten Rost- Schüttungssektor, unterbunden werden soll, wird die Sektorierung des Drehrostes derart vorgenommen, dass während der überwiegenden Laufzeit des Drehrostes die bevorzugte Strömung zum Gasabgang im Bett-Sektor der Positionen 11-1 Uhr

(Position des Gasabgangs 12 Uhr) reduziert wird. Dementsprechend werden die Drehrost-Sektoren in der Position 1-11 Uhr als reduzierter Drehrost-Sektor und in der Position 11-1 Uhr als forcierter Drehrost-Sektor eingerichtet. Dabei ist eingeschlossen, dass auch andere Sektorierungen, wie z.B. 10 Uhr 30 Min -1 Uhr 30 Min, gewählt werden.

Im Falle eines überwiegend gut durchströmbaren Festbettes, aber einer leichten Schief Strömung zum Gasabgang hin, ist es ausreichend, wenn die Sektorbelastung des forcierten Drehrost-Sektors 20 % über der des reduzierten Drehrost-Sektors liegt. Bei stärkeren Schiefströmungen ist eine Forcierung von 40-50 %, oder sogar 100 %, angebracht. Die Forcierung wird im allgemein üblichen Falle, dass eine Gleichverteilung der Vergasungsmittel über den Umfang des Drehrostes erfolgt, dadurch erreicht, dass im forcierten Drehrost-Sektor die Fläche der Vergasungsmittelauslässe, genauer gesagt, der Quotient der Querschnittsfläche der Vergasungsmittelauslässe zur

Querschnittsfläche des Drehrost-Sektors (spezifische Auslassfläche), größer als im reduzierten Drehrost-Sektor ist. Die Querschnittsfläche des Drehrost-Sektors ist dabei die Projektionsfläche in axialer Richtung. Für eine Forcierung um 20 % liegt die spezifische Auslassfläche des forcierten Drehrost-Sektors um 20% höher als die des reduzierten Drehrost-Sektors. Dies wird bei neuen Drehrosten ohne apparativen Mehraufwand konstruktiv berücksichtigt, indem die Auslassflächen entsprechend größer gestaltet werden. Bei einer geringen Forcierung von 20 % können vorhandene Rostkonstruktionen durch sehr einfache Anpassungen geändert werden, wie z.B. das Schließen jedes fünften Vergasungsmittelauslasses im reduzierten Drehrost-Sektor oder das Erweitern der Vergasungsmittelauslässe im forcierten Drehrost-Sektor um 20 %. Die hier beschriebene, gestufte Forcierung und Reduzierung jeweils eines Drehrost-Sektors wird als gestufte Ein-Sektor-Forcierung bezeichnet. Auch gemischte und nicht gestufte, kontinuierliche bzw. gleitende Erweiterungen und Reduzierungen der Flächen der Vergasungsmittelauslässe sind einfach möglich.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Festbettvergaser so betrieben, dass im Wechsel mindestens je ein Drehrost-Sektor mit einheitlich hohen und niedrigen oder mit ansteigenden und abfallenden

Sektorbelastungen angeordnet sind und die Vergasungsmittelzufuhr auf einem einheitlich hohen und niedrigen oder auf einem ansteigendem und abfallendem Niveau erfolgt.

Eine Weiterbildung der Ein-Sektor-Forcierung stellt die nicht-gestufte und gleitende, symmetrische Forcierung in einem Drehrost-Sektor und die nicht-gestufte und gleitende, symmetrische Reduzierung im anderen Drehrost-Sektor dar, z.B. durch ansteigende 0 bis 20 % Forcierung entlang der Winkelpositionen 0-3 Uhr und absteigende 20 bis 0 % Forcierung entlang der Winkelpositionen 3-6 Uhr sowie durch ansteigende 0 bis 20 % Reduzierung entlang der Winkelpositionen 6-9 Uhr und absteigende 20-0 % Reduzierung entlang der Winkelpositionen 9-12 Uhr.

Im Falle der vorstehend beschriebenen, gestuften Ein-Sektor-Forcierung in der Position 1 1-1 Uhr wird der dem Gasabgang zugeordnete Rost-Schüttungssektor in der Position 1 1-1 Uhr im Mittel nur in 1/6 der Betriebszeit mit der forcierten Vergasungsmittelmenge beaufschlagt, 5/6 der Zeit wird dagegen der dem Gasabgang nicht zugeordnete Rost-Schüttungssektor 1-1 1 Uhr mit einer lokal verstärkten Sektorbelastung an

Vergasungsmittel beaufschlagt. Diese sehr vereinfachte Abschätzung setzt die üblicherweise angewendete kontinuierliche, geschwindigkeitskonstante Drehung des Drehrostes voraus.

Die dynamische Drehrost-Forcierung eröffnet in Kombination mit der schrittweisen (unterbrochenen) und drehzahlveränderlichen Drehung des Drehrostes (Schrittbetrieb und Stufenbetrieb) eine weitere zeitliche Dimension der dynamischen Forcierung der Durchströmung der Rost-Schüttungssektoren, so dass erstmals eine gesteuerte, dynamische Gleichverteilung der Strömung über den Querschnitt des unteren

Bereiches der Schüttung möglich wird. Wenn der im o.g. Beispiel beschriebene

Drehrost mit Ein-Sektor-Forcierung (11-1 Uhr Forcierung) derart schrittweise gedreht wird (Schrittbetrieb), dass er nach jeweils 1/3 Umdrehung angehalten wird, werden die Rost-Schüttungssektoren 1-3 Uhr, 5-7 Uhr und 9-11 Uhr in der Stillstandszeit des Drehrostes forciert beaufschlagt, d.h. die forcierte Strömung wird schrittweise und in definierten Abständen sektoral den Rost-Schüttungssektoren zugeteilt. Durch eine drehwinkelgenaue, gestufte Drehrostfahrweise können nahezu alle gewünschten Forcierungsmuster eingestellt werden, wie z.B. die durch Halteperioden erzwungene Forcierung der Rost-Schüttungssektoren der Positionen 1-3 Uhr, 3-5 Uhr, 5-7 Uhr, 7-9 Uhr, 9-11 Uhr und die drehungsbedingte Reduzierung im Rost-Schüttungssektor der Position 11-1 Uhr.

Anstelle des Wechsels von Drehen und Stillstand (Schrittbetrieb) kann auch ein sektoral langsameres und schnelleres Drehen des Drehrostes (Stufenbetrieb), ebenso eine Kombination von beiden Modi, erfolgen. Bei einem Drehzahlbereich von 0

(Unterbrechung) bzw. 3-12 Umdrehungen pro Stunde (0 h ^"1 , 3-12 h ^_1 ) stehen weite Variationsmöglichkeiten offen.

Voraussetzung für eine drehwinkelgenaue Positionierung der Drehrost-Sektoren ist die Kenntnis der Winkelposition des Drehrostes. Diese ist rechnerisch ohne großen

Aufwand möglich, indem Stellung und Umdrehungszahl der äußeren Antriebswelle des Drehrostes permanent erfasst, in Winkelpositionen umgerechnet sowie in die

Steuerungsalgorithmen des Vergasers integriert werden.

Zu einer noch besseren dynamischen Vergleichmäßigung der Durchströmung des Festbettes sowie im Falle von Schüttungen, die zu starken, strömungsbedingten

Verwerfungen über den gesamten Schüttungsquerschnitt des Festbettes neigen, ist die Drehrostforcierung von mehreren Rost-Schüttungssektoren angezeigt, beispielsweise durch eine 50 %ige Drei-Sektor-Forcierung mit den forcierten Sektoren in den

Positionen 1-3 Uhr, 5-7 Uhr und 9-11 Uhr und den reduzierten Sektoren in den

Positionen 3-5 Uhr, 7-9 Uhr und 11-1 Uhr. Damit können Rost-Schüttungssektoren auch überlappend und im Wechsel forciert oder reduziert angesteuert werden. Anstelle der symmetrischen Sektorierung des Drehrostes kann auch eine nicht symmetrische, d.h. asymmetrische, Sektorierung von Vorteil sein, um bei gleichen Drehrostpositionen wechselnde Forcierungsmuster zu erzeugen.

Grundsätzlich gilt, dass Ein- und Zwei-Sektor-Forcierungen bevorzugt angewendet werden, wenn für Festbettvergaser ein Drehrostbetrieb vorgesehen ist, bei dem sich der Drehrost mit mehreren Umdrehungen pro Stunde, z.B. größer als 5 h ¹ , dreht. Dies ist der Fall, wenn Kohlen mit erhöhten Aschegehalten von z.B. > 10 Ma.-% vergast werden. Dann werden die Rost-Schüttungssektoren in zeitlich ausreichend kurzen Abständen forciert. Bei Festbettvergasern mit langsamer laufenden Drehrosten, die zudem zeitweise angehalten werden, empfehlen sich aus den zuvor genannten

Gründen Mehrfach-Forcierungen, z.B. Drei-, Vier- oder Fünf-Sektor-Forcierungen.

In der Festbettdruckvergasung werden aufgrund der großen Durchmesser der

Festbettvergaser Stufenroste eingesetzt. Üblich sind dreistufige Drehroste. In diesem Fall tritt das Vergasungsmittel in drei Ebenen, deren Höhenlage sich von Stufe zu Stufe um etwa 0,3 m ändert, in die Ascheschüttung ein.

Beim Einsatz von Stufenrosten sind die Sektorbelastungen einzelner Drehrost-Sektoren in den Stufen nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen

Verfahrens gleich oder unterschiedlich.

Die Realisierung der bisher beschriebenen Fälle der unterschiedlichen Beaufschlagung der Rost-Schüttungssektoren mit Vergasungsmittel erfordert bei Stufenrosten, dass die Drehrost-Sektorierung in den einzelnen Stufen in gleicher Weise erfolgt. Die

Sektorierung des Drehrostes kann in den einzelnen Stufen jedoch auch unterschiedlich ausgeführt werden.

Bei einem dreistufigen Drehrost werden der innere, der mittlere und der äußere Bereich jeweils durch die obere, mittlere bzw. untere Stufe mit Vergasungsmittel versorgt. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Rost-Schüttungssektoren bereichsweise unterschiedlich mit Vergasungsmittel beaufschlagt werden. Beispielsweise kann die Drehrost-Sektorierung so vorgenommen werden, dass die Versorgung mit

Vergasungsmittel in diesen Bereichen der Rost-Schüttungssektoren im Wechsel forciert oder reduziert erfolgt.

Durch die unterschiedliche Drehrost-Sektorierung in den einzelnen Stufen wird somit eine weitere Erhöhung der Möglichkeiten zur Verbesserung der Strömung in der Schüttung des Bettes erreicht.

Infolge des Druckverlustes, der bei der Strömung des Vergasungsmittels durch die Ascheschüttung entsteht, verringert sich der Gegendruck an den Austrittsöffnungen des Vergasungsmittels am Drehrost von Stufe zu Stufe in Richtung der oberen Stufe. Bei gleichem Innendruck des Drehrostes nimmt somit das Druckgefälle an den

Austrittsöffnungen des Vergasungsmittels von der untersten zur obersten Stufe zu. Somit steigt auch die Austrittsgeschwindigkeit aus den Austrittsöffnungen von der untersten zur obersten Stufe. Diese Austrittsgeschwindigkeit hat Einfluss auf die Bildung bevorzugt durchströmbarer Bereiche der Schüttung.

Zur Begrenzung der Unterschiede zwischen den sich an den einzelnen Stufen des Drehrostes einstellenden Austrittsgeschwindigkeiten sollte der Druckverlust an den Austrittöffnungen des Vergasungsmittels der untersten Stufe erfindungsgemäß mindestens gleich dem zweifachen Druckverlust der Ascheschüttung zwischen der untersten und obersten Stufe sein.

An die Austrittsöffnungen des Vergasungsmittels schließt sich in der Regel ein feststofffreier (Schüttgut-freier) Ringraum an, über den eine Angleichung der

Eintrittsgeschwindigkeiten in die Schüttung erfolgt. Dies muss unterbunden werden. Deshalb ist der Ringraum erfindungsgemäß in Abständen unterbrochen, wobei die Länge der Unterbrechungen mindestens 30 mm und die Abstände von Unterbrechung zu Unterbrechung weniger als 1 m beträgt und wobei die Unterbrechungen so angeordnet sind, dass zwischen forcierten und reduzierten Drehrost-Sektoren keine Angleichung der Eintrittsgeschwindigkeiten in die Schüttung erfolgen kann.

Die erfindungsgemäße Lösung kann ihre Vorteile noch stärker zur Geltung bringen, wenn der sektorierte Drehrost mit einem angepassten, sektorierten Kohleverteiler kombiniert wird.

Der zweite Teil der Erfindung betrifft den Einsatz eines statischen Kohleverteilers in Form eines Einhängeschachtes für das Verfahren zur Festbettdruckvergasung zur statischen Vergleichmäßigung der Strömung und Erhöhung der spezifischen

Vergaserleistung.

Vom unteren Rand des Einhängeschachtes böscht sich die Kohlesch üttung in den Innenraum des Vergasers ab.

Die zylinderförmige Kohlesch üttung ist im von der Vergaserinnenwand begrenzten Innenraum des Vergasers gedanklich in geometrische Zylindersektoren, die in der Nähe des Einhängeschachtes als Schacht-Schüttungssektoren bezeichnet werden, unterteilt, wobei jedem Schacht-Schüttungssektor ein Verhältnis der horizontalten Projektion der Gasaustrittsfläche an der Obergrenze der Schüttung zum Gassammeiraum im jeweiligen Schacht-Schüttungssektor zur Querschnittsfläche des Schacht- Schüttungssektors zugeordnet ist, welches als Sektor-Flächenverhältnis bezeichnet wird, und

wobei der gesamten Kohleschüttung als Summe aller Zylindersektoren ein Verhältnis der horizontalten Projektion der gesamten Gasaustrittsfläche an der Obergrenze der Schüttung zum Gassammeiraum zur Querschnittsfläche der gesamten

Kohleschüttung zugeordnet ist, das als Bett-Flächenverhältnis bezeichnet wird.

Erfindungsgemäß werden die Zylindersektoren des durch die Vergaserinnenwand begrenzten Vergaserinnenraumes (Schacht-Schüttungssektoren) durch die Gestaltung und Anordnung des Einhängeschachtes mit definierten Sektor-Flächenverhältnissen ausgestattet, wobei sich die Sektor-Flächenverhältnisse bei mindestens zwei Schacht- Schüttungssektoren voneinander unterscheiden, sodass entsprechend der Sektor- Flächenverhältnisse unterschiedliche Rohgasmengen von den Schacht- Schüttungssektoren abgezogen werden, wobei das Verhältnis von maximalem zu minimalem Sektor-Flächenverhältnis > 1 ,1 und bevorzugt > 1 ,5 und das Bett- Flächenverhältnis als Verhältnis der horizontalten Projektion der gesamten

Gasaustrittsfläche zur Bett-Querschnittsfläche > 0,25, bevorzugt > 0,33, ist.

Im Folgenden soll auf die Werte des Verhältnisses von maximalem zu minimalem Sektor-Flächenverhältnis und des Bett-Flächenverhältnisses eingegangen werden. Ab der Verhältnisgröße der Sektor-Flächenverhältnisse von > 1 ,1 unterscheiden sich die abgezogenen Rohgasmengen bereits signifikant im Sinne einer statischen Forcierung und Reduzierung. Kleine Werte von > 1 ,1 werden angewendet, wenn nur eine geringe Forcierung bzw. Reduzierung erforderlich ist; größere Werte von > 1 ,5 bis hin zu 1 und sogar bis 5 sind für eine massiv gestörte, ungleichmäßige Durchströmung anzuwenden. Das Bett-Flächenverhältnis beträgt mindestens 0,25, vorzugsweise ist es aber > 0,33. Bei diesen Werten erhöhen sich die Austrittsgeschwindigkeiten des Rohgases, die an der Obergrenze der Schüttung zum Gassammeiraum abgezogen werden, um

höchstens den Faktor 4 bzw. 3 im Verhältnis zur Leerrohrgeschwindigkeit des

Rohgases in der Schüttung, die üblicherweise 0,2 bis 0,3 m/s beträgt. Die

Austrittsgeschwindigkeiten betragen bei einem Bett-Flächenverhältnis von 0,25 bzw. 0,33 entsprechend < 0,8 bis < 1 ,2 m/s bzw. < 0,6 bis < 0,9 m/s. Diese

Geschwindigkeiten liegen in der Größenordnung von Wirbelpunktgeschwindigkeiten. Sie sollten nicht überschritten werden, damit keine großflächige Fluidisierung von Staub oberhalb der Obergrenze der Schüttung zum Gassammeiraum stattfindet. Dementsprechend werden niedrige Bett-Flächenverhältnisse von 0,25 bei Festbettvergasern mit höherer Neigung zum Staubaustrag und höhere von 0,33 bei Festbettvergasern mit geringerer Neigung zum Staubaustrag und großen spezifischen Leistungen angewendet.

Die Schacht-Schüttungssektoren sehen wie hohe Tortenstücke aus. In den Schacht- Schüttungssektoren mit einem höheren Sektor-Flächenverhältnis wird die Abführung des Rohgases zum Gassammeiraum begünstigt. Somit kann die reduzierte

Rohgasabführung infolge von Feinkornablagerungen oder von Schmelzverbünden bei backenden Kohlen durch ein erhöhtes Sektor-Flächenverhältnis kompensiert werden. Dies wird als sektorale Forcierung der Rohgasströmung bezeichnet.

Durch eine erfindungsgemäße Festlegung der Sektor-Flächenverhältnisse und die Anordnung der Einhängeschacht-Sektoren und unter Beachtung der thermischen Stabilität des Vergasungsstoffes kann somit erreicht werden, dass das Rohgas aus der Schüttung unterhalb und innerhalb des Einhängeschachtes im Regelbetrieb sektoral forciert und damit gleichmäßig über den Umfang des Gassammeiraumes verteilt in den Gassammeiraum abgeführt und somit eine einseitige Strömung und Ausbildung der Reaktionszonen vermieden wird. Das Sektor-Flächenverhältnis der forcierten Schacht- Schüttungssektoren kann dabei um bis zu 100 % über dem der reduzierten Schacht- Schüttungssektoren liegen.

Der Regelbetrieb zeichnet sich mit Bezug auf die Kohlebeschickung dadurch aus, dass zu jedem Zeitpunkt eine ausreichend hohe Kohleschüttung im Festbettvergaser vorhanden ist, die die Unterkante des Einhängeschachtes in der Höhe überragt. Der Kohlevorrat im Einhängeschacht gewährleistet unter anderem die für die

Durchströmung relevante, konstante Schütthöhe der Kohleschüttung während des Betriebes. Des Weiteren weist der Einhängeschacht entweder eine formschlüssige, mehr oder weniger gasdichte, Verbindung zur oberen Vergaserinnenwand auf, wie gemäß DE102012009265B4 die Schweißkonstruktion eines gekühlten Schachtes, oder der Einhängeschacht ist mit lösbaren Verbindungen derart an der Vergaserinnenwand befestigt, dass die Breite des Ringspalts zwischen dem Einhängeschacht und der oberen Vergaserinnenwand so klein wie möglich ist, vorzugsweise kleiner 1 cm. Damit ist sichergestellt, dass die sektorale Forcierung der Rohgasströmung auch bei geringer Überdeckung der Unterkante des Einhängeschachtes in vollem Maße eintritt.

Um eine lokale Wirbelbettbildung zu vermeiden, ist ein ausreichend großes Bett- Flächenverhältnis von > 0,25, bevorzugt > 0,33, erforderlich, das garantiert, dass die Leerrohrgeschwindigkeiten beim Eintritt in den Gassammeiraum mit kleiner 1 m/s unterhalb des Wirbelpunktes des mit den Vergasungsstoffen eingebrachten Feinkorns und des aus der Schüttung ausgetragenen sekundären Feinkorns, das sich auf der Bettoberfläche ablagert, bleiben.

Der Festbettvergaser wird vorteilhaft auch so betrieben, dass das Sektor- Flächenverhältnis in Richtung des Schacht-Schüttungssektors unterhalb des

Gasabganges abnimmt. Weiterhin kann der Festbettvergaser vorteilhaft auch so betrieben werden, dass Schacht-Schüttungssektoren mit hohen und niedrigen Sektor- Flächenverhältnissen bezüglich des Gasabganges jeweils so im Wechsel angeordnet sind, dass sich unterhalb des Gasabganges ein Schacht-Schüttungssektor mit niedrigem Sektor-Flächenverhältnis und dazu diametral ein Schacht-Schüttungssektor mit hohem Sektor-Flächenverhältnis befindet.

Feinkornablagerungen und Schmelzverbünde sind vor allem in den Bereichen des ringförmigen Gassammeiraumes zu erwarten, die gegenüber dem Gasabgang liegen. Dort sind somit die höheren Sektor-Flächenverhältnisse zu realisieren.

Wird die Höhenlage der Schüttgutoberfläche zum Gassammeiraum in den einzelnen Schacht-Schüttungssektor unterschiedlich eingestellt, führt dies zu einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dazu kann die Obergrenze der Schüttung zum Gassammeiraum in den einzelnen Schacht- Schüttungssektoren auf mindestens zwei Höhenlagen eingestellt werden, wobei mindestens eine der Höhenlagen höher als die Höhenlage des Schacht- Schüttungssektors unterhalb des Gasabgangs sind. Möglich ist aber auch, dass die Höhenlagen in Schacht-Schüttungssektoren mit hohen Sektor-Flächenverhältnissen höher als die Höhenlagen in Schacht-Schüttungssektoren mit niedrigeren Sektor- Flächenverhältnissen sind und umgekehrt.

Vorteilhaft kann die Abführung des Rohgases in den ringförmigen Gassammeiraum weiterhin dadurch egalisiert werden, dass die Höhenlage der Schüttung zum

Gassammeiraum bezüglich der Richtung des Gasabganges unterschiedlich ist.

Die Abführung von Feinkorn zum Gasabgang wird begünstigt, wenn die Höhenlage der Schüttung in Richtung Gasabgang abnimmt. Bei Kohlen mit hohen primären oder sekundären Feinkornanteilen ist es deshalb vorteilhaft, wenn die Höhe der Schüttung zum Gasabgang abnimmt.

Eine einfache erfindungsgemäße Ausführung des Einhängeschachtes besteht darin, dass der zylinderförmige Einhängeschacht zum Gasabgang hin entlang der verlängerten Symmetrieachse des Gasabgangs verschoben ist (asymmetrisch angeordneter Einhängeschacht). Es sind erfindungsgemäß auch andere

Querschnittsformen des Einhängeschachtes, wie z.B. die eines Ovals, anwendbar. Um Schieflagen zum Gasabgang wirkungsvoll zu unterbinden, wird das

Sektor-Flächenverhältnis des Schacht-Schüttungssektors, der dem Gasabgang gegenüberliegt, im Vergleich zu dem Schacht-Schüttungssektor, der dem Gasabgang zugeordnet ist, um ca. 10-30 % erhöht, wobei das Verhältnis von maximalem zu minimalem Sektor-Flächenverhältnis stets > 1 ,1 sein soll.

Durch diese Maßnahme wird die Strömung auf die dem Gasabgang gegenüberliegende Seite der Schüttung verschoben. Eine wandnahe Vorzugsströmung an der Innenwand des Vergasers gegenüber dem Gasabgang ist jedoch ausgeschlossen, da eine solche erfahrungsgemäß an dieser Seite des Vergasers nicht auftritt.

Mit dieser sehr einfachen Maßnahme wird eine wesentliche Verbesserung der

Gleichmäßigkeit der Strömung im oberen Bereich der Schüttung erreicht. Die spezifische Leistung des Vergasers kann erhöht werden, der Staubaustrag wird gleichzeitig reduziert und die Toleranz des Vergaserbetriebs gegenüber erhöhten Feinkorngehalten in der Einsatzkohle steigt. In Fällen, in denen kein starker

Partikelzerfall in der Schüttung auftritt, kann die untere Korngröße der Einsatzkohle von ca. 5 mm auf ca. 3 mm verringert werden, da weder eine kanalartige Durchströmung der Schüttung auftritt, noch eine Wirbelschicht an der Bettoberfläche gebildet wird. Bei starkem Zerfall des Vergasungsstoffes, welcher durch die Art des

Vergasungsstoffes und die Höhe der spezifischen Vergaserleistung bestimmt ist, kann eine erhöhte Menge an Feinkorn der Vergleichmäßigung der Strömungsverhältnisse entgegenwirken. Für einen asymmetrisch waagerecht versetzten Einhängeschacht mit horizontal ausgebildeter Unterkante würde sich das Feinkorn am tiefsten Punkt der Schüttung, d.h. gegenüber des Gasabganges, sammeln und die vergrößerte

Oberfläche der Schüttung gegenüber des Gasabganges sukzessiv bedecken, womit die Strömung nicht mehr auf diese Seite verschoben wird und die erfindungsgemäße Anordnung des Einhängeschachtes keine Wirkung zur Verbesserung der

Gleichmäßigkeit der Strömung zeigt.

Vorteilhaft ist der untere Rand des waagerecht versetzten Einhängeschachtes in diesem Fall derart abgeschrägt ausgeführt, dass er in Richtung des Gasabganges abfällt. Der Neigungswinkel des unteren Rands gegen die Horizontale ist dabei kleiner als der Böschungswinkel des Vergasungsstoffes. Die auf diese Weise erzeugt Reduzierung der Höhenlage der Schüttgutoberfläche in Richtung Gasabgang begünstigt den Feinkorntransport in diese Richtung und die Durchströmung des diametral zum Gasabgang gelegenen Bereichs.

Mit Hilfe der vorteilhaften Ausgestaltung des Einhängeschachtes können nun auch stückige Rohbraunkohlen mit Rohkohlewassergehalten bis 50 %, die bisher aus

Gründen der nicht erreichbaren regulären Durchströmung nicht eingesetzt wurden, in Festbettvergasern umgesetzt werden.

Die Bildung von Schacht-Schüttungssektoren mit einem erhöhten Sektor- Flächenverhältnis kann mittels eines Einhängeschachtes mit kreisförmigen Querschnitt erfindungsgemäß auch dadurch erreicht werden, dass die Sektoren des

Einhängeschachtes (Einhängeschacht-Sektoren) im unteren Bereich konusförmig verjüngt sind. Somit kann durch einen Einhängeschacht, dessen unterer Bereich sektorweise im Wechsel zylindrisch oder konusförmig verjüngt ausgeführt ist, die wechselweise Anordnung von Schacht-Schüttungssektoren mit hohen und niedrigen Sektor-Flächenverhältnissen realisiert werden.

Im geometrisch einfachsten Fall werden die Schacht-Schüttungssektoren abwechselnd mit einem geringen und einem hohen Sektor-Flächenverhältnis ausgestattet. Es ist aber auch eine Mehrfachstufung zwischen hohem und geringem Wert möglich. Um die gezielte, sektorale Forcierung von Strömungsgebieten zu erreichen, liegt der hohe Wert mindestens 50 % bis 100 % über dem niedrigen Wert. Vorteilhafter Weise werden drei, vier oder fünf Forcierungen und entsprechend drei, vier oder fünf Reduzierungen angelegt, wobei der dem Gasabgang zugeordnete Schacht-Schüttungssektor vorzugsweise reduziert auszuführen ist. Es sind aber auch mehr als fünf Forcierungen möglich. Die forcierten und die reduzierten Schacht-Schüttungssektoren sind

hinsichtlich der Sektoren-Winkel vorzugsweise gleich groß. Eine Ausnahme kann der dem Gasabgang zugeordnete Schacht-Schüttungssektor bilden, dessen Sektoren- Winkel größer und bis zu doppelt so groß wie der der anderen Schacht- Schüttungssektor sein kann.

Ergänzend zu der bisher beschriebenen, sektorweisen Verjüngung des

Einhängeschachtes können auch andere geometrische Ausgestaltungen des

Einhängeschachtes zur Erzeugung unterschiedlicher Sektor-Flächenverhältnisse führen. Eine dieser Ausgestaltungen ist die sektorweise Vergrößerung des

Durchmessers des Einhängeschachtes oder eine andersgeartete sektorweise

Aufweitung des Querschnittes des Einhängeschachtes. Diese Vergrößerung oder Aufweitung kann entweder über die gesamte oder eine verkürzte Höhe des Einhängeschachtes erfolgen, wobei im Falle der verkürzten Höhe diese mindestens so hoch ist, dass sich die Oberfläche der sich im Einhängeschacht befindenden Schüttung von innen mindestens an den unteren Rand des Einhängeschachtes anlehnt.

Eine weitere Ausgestaltung nutzt die sektorweise Verringerung des Durchmessers des Einhängeschachtes oder eine andersgeartete sektorweise Einengung des

Querschnittes des Einhängeschachtes. Diese Verringerung oder Einengung ist vorzugsweise über die gesamte Höhe des Einhängeschachtes ausgeführt, wodurch sichergestellt ist, dass der eingeschleusten Kohle keine Aufprallflächen

entgegenstehen.

Schließlich kann die Forcierung zeitweise oder dauerhaft aufgehoben werden, indem die Schütthöhe der Kohleschüttung zeitweise oder dauerhaft unter die Unterkante des Einhängeschachtes abgesenkt wird.

Mit den vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen des Einhängeschachtes wird gewährleistet, dass die Strömungsschieflagen zum Gasabgang hin unterbunden werden. Dabei werden die Ausgestaltungen entsprechend der Körnung und der Zerfallseigenschaften der eingesetzten Vergasungsstoffe gewählt und optimiert. Im Ergebnis werden eine deutliche Erhöhung der spezifischen Vergaserleistung und eine Erweiterung des Körnungsspektrums der Vergasungsstoffe zu geringen Korngrößen erreicht.

Die beiden Erfindungsteile geben der Erfindung in ihrer Kombination eine

Wertsteigerung. Die Kombination besteht in der aufeinander abgestimmten, sektorierten Forcierung und Reduzierung der Rost-Schüttungssektoren und der Schacht- Schüttungssektoren sowie einer abgestimmten Drehrostfahrweise.

Dabei gilt die einfache Regel: die maximale dynamische Vergleichmäßigung durch Verstärkung und Reduzierung der Zylindersektoren der Schüttung wird erzielt, wenn eine symmetrische Gleichverteilung der Forcierungen und Reduzierungen der

Einhängeschacht-Sektoren als auch der Drehrost-Sektoren vorgenommen wird und wenn diese in den Winkelpositionen für die Einhängeschacht-Sektoren und

Drehrost-Sektoren übereinstimmen (Beispiel: eine beidseitige 3-Sektor-Forcierung mit den Positionen 0-3 Uhr, 3-6 Uhr, usw.). Wird beispielsweise ein im Verhältnis zu den anderen Einhängeschacht-Sektoren breiterer Einhängeschacht-Sektor am Gasabgang gewählt, kann diese Sektorierung auch in gleicher weise vorteilhaft am Drehrost vorgenommen werden. Die mögliche Schieflage der Rohgasströmung wird statisch zurückgedrängt, während die gasabgangsfernen Zylindersektoren der Schüttung maximal dynamisch vergleichmäßigt werden. Die Höhe der Forcierung hängt von den Anforderungen der dynamischen Vergleichmäßigung entsprechend des konkreten Anwendungsfalls, insbesondere hinsichtlich der Durchströmbarkeit der Schüttung sowie hinsichtlich des Aschegehaltes und der Art der Vergasungsstoffe, ab.

Eine vorteilhafte, einfache Ausgestaltung betrifft die Kombination der nicht-gestuften und gleitenden, symmetrischen Ein-Sektor-Forcierung des Drehrostes und des asymmetrischen Einhängeschachtes.

Auch die Kombination von Einfach-Forcierung des Drehrostes und Mehrfach-Forcierung des Einhängeschachtes oder umgekehrt sind vorteilhaft. Bei der Wahl der Sektorierung und der Höhe der Forcierung ist wiederum die Bewertung des

Durchströmungsverhaltens der Schüttung in den Rost-Schüttungssektoren und den Schacht-Schüttungssektoren ausschlaggebend.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch Festbettvergaser mit einem statischen Kohleverteiler in Form eines Einhängeschachtes, mit einem statischen Kohleverteiler in Form eines zylindrischen Einhängeschachtes, dessen Oberkante mit der Kuppel des Festbettvergasers verbunden ist, mit einem kontinuierlich oder nicht-kontinuierlich rotierenden Drehrost, der als Stufenrost ausgeführt sein kann, sowohl nicht-reversierbar oder reversierbar betreibbar ist, und Vergasungsmittelaustrittsöffnungen aufweist, die in Schüttgut-freie Ringräume münden, gelöst, bei dem der Drehrost derart gestaltet ist, dass eine mengenmäßige Forcierung und Reduzierung der Sektorbelastung der Drehrost-Sektoren erreicht wird, indem der Quotient der Querschnittsfläche der

Vergasungsmittelaustrittsöffnungen des Drehrostes zur Querschnittsfläche des

Drehrost-Sektors (spezifische Auslassfläche) erhöht bzw. verringert ist und/oder bei dem der Einhängeschacht einen unteren Rand mit konstanter Höhe aufweist, an dem sich der Vergasungsstoff abböscht und damit die Obergrenze der Schüttung zum Gassammeiraum konturiert, und dass die Kontur und die Lage des unteren Randes den Zylindersektoren der Schüttung unterschiedliche Sektor-Flächenverhältnisse derart zuweist, dass die Rohgasmengen an der Obergrenze der Schüttung zum

Gassammeiraum im Verhältnis der Sektor-Flächenverhältnisse abgezogen werden, indem sich die Sektor-Flächenverhältnisse bei mindestens zwei Schacht- Schüttungssektoren voneinander unterscheiden und das Verhältnis von maximalem zu minimalem Sektor-Flächenverhältnis > 1 ,1 und bevorzugt > 1 ,5 ist, wobei der untere Rand so gestaltet ist, dass er dem Schacht-Schüttungssektor unterhalb des

Gasabgangs das minimale Sektor-Flächenverhältnis zuordnet, und/oder bei dem der Einhängeschacht einen in der Höhe geneigten und/oder zacken- oder wellenförmig ausgebildeten unteren Rand aufweist, an dem sich der Vergasungsstoff abböscht und die Oberfläche der Schüttung zum Gassammeiraum mit mindestens einer radial ausgerichteten Erhöhung und einer radial ausgerichteten Vertiefung in der Höhe konturiert, wobei der untere Rand so gestaltet ist, dass er Schacht-Schüttungssektor unterhalb des Gasabgangs eine Vertiefung zuordnet, und bei dem die Kontur des unteren Randes des Einhängeschachtes in der horizontalen Projektion so gestaltet ist, dass das Bett-Flächenverhältnis > 0,25, bevorzugt > 0,33, ist.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Festbettvergasers sind Drehrost-Sektoren des Drehrostes dadurch voneinander abgegrenzt, dass ein der feststofffreie Ringraum, der sich an die Vergasungsmittelaustrittsöffnungen anschließt, in Abständen

unterbrochen ist, wobei die Länge der Unterbrechungen mindestens 30 mm und die Abstände von Unterbrechung zu Unterbrechung weniger als 1 m betragen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist der Einhängeschacht mit unterschiedlichem Querschnitt (z. B. kreisförmig oder oval) ausgeführt und entlang der verlängerten Symmetrieachse des Gasabganges horizontal in Richtung des Gasabganges

verschoben im Festbettvergaser angeordnet.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht auch darin, dass der

Einhängeschacht im unteren Bereich sektorweise im Wechsel zylindrisch oder konisch verjüngt ausgeführt ist, wobei sich unterhalb des Gasabganges ein Einhänge-Sektor ohne Verjüngung und dazu diametral ein Sektor mit Verjüngung befindet.

Der Einhängeschacht mit kreisförmigem Querschnitt kann auch sektorweise mit unterschiedlichen Durchmessern ausgeführt sein, wobei sich unterhalb des

Gasabganges ein Einhängeschacht-Sektor mit vergleichsweise größerem Durchmesser befindet.

Vorteilhaft kann auch der untere Rand des Einhängeschachtes in Richtung des

Gasabgangs gegen die Horizontale geneigt sein. Ist der untere Rand des

Einhängeschachtes, an dem sich der Vergasungsstoff abböscht und damit die

Oberfläche der Schüttung zum Gassammeiraum bildet, zacken- oder wellenförmig ausgebildet, wird eine Oberfläche der Schüttung an der Grenze zum Gassammeiraum mit radial ausgerichteten Erhöhungen und Vertiefungen in Form von Kämmen und Tälern erreicht.

An den Kämmen böscht sich der Vergasungsstoff zu den Tälern ab. Die so gebildeten Hänge sind dabei näherungsweise unter dem Böschungswinkel α des

Vergasungsstoffes gegen die Horizontale geneigt. Diese aus Kämmen, Tälern und verbindenden Hängen gebildete Oberfläche der Schüttung wird erfindungsgemäß dadurch erzeugt, dass der untere Rand des statischen Kohleverteilers, an dem sich der Vergasungsstoff abböscht, zacken- oder wellenförmig ausgebildet ist. Die Zacken können als gleichschenklige Dreiecke oder Trapeze ausgeführt sein.

Bei einer auf diese Weise gestalteten Oberfläche der Schüttung lagert sich Feinkorn erst dann auf den Kämmen ab, wenn die Täler weitgehend mit Feinkorn ausgefüllt sind. Die Schichthöhe der Feinkornablagerungen ist somit auf den Kämmen wesentlich geringer als in den Tälern. Je höher die Feinkornablagerungen sind, desto niedriger ist die Strömungsgeschwindigkeit in der unterhalb befindlichen Schüttung. Somit strömt das Rohgas desto stärker über die Kämme in den Gassammeiraum, je größer die Ablagerungen von Feinkorn in den Tälern sind. Bei hohen Feinkornablagerungen ist es möglich, dass nahezu die gesamte Rohgasmenge über die Kämme in den

Gassammeiraum gelangt, wodurch sich im Bereich der Kämme Wirbelschichten in Form von Strahlschichten ausbilden können.

Durch eine regelmäßige Verteilung der Kämme und Täler ist eine gleichmäßige

Verteilung der Bereiche hoher und niedriger Strömungsgeschwindigkeiten auf die Oberfläche der Schüttung zum Gassammeiraum erreichbar. Durch diese aus der Gestaltung der Oberfläche der Schüttung resultierende wechselweise Ausbildung von Bereichen mit hoher und niedriger Durchströmung wird beim Einsatz backender Kohlen die großflächige Ausbildung von Schmelzverbünden eingeschränkt. Infolge der

Ablagerung von Feinkorn in den Tälern bilden sich bei höherer Feinkornbildung

Schmelzverbünde vorrangig im Bereich unterhalb der Täler. Neben der Ablagerung von Feinkorn haben die Höhe der zu durchströmenden Schüttung und

Entmischungserscheinungen Einfluss auf die Ausbildung der Strömung unterhalb der Schüttgutoberfläche. Deshalb können sich bei geringerer Feinkornbildung

Schmelzverbünde auch bevorzugt unterhalb der Kämme bilden.

Gegenüber einer einseitigen Ausbildung der Strömung ist eine solche Egalisierung des Strömungsprofils über den Vergaserquerschnitt in jedem Fall sehr vorteilhaft, da sich dadurch die Temperaturprofile gleichförmiger über den Vergaserquerschnitt ausbilden und somit eine wesentlich geringere Schichthöhe für die einzelnen Reaktionszonen erforderlich ist. Die thermische Beanspruchung auf den Vergasungsstoff wird

herabgesetzt, wodurch sich der Partikelzerfall verringert und die Teerausbeute erhöht. Durch die verminderte Feinkornbildung kann eine Reduktion des Staubaustrages bzw. eine Erhöhung der spezifischen Vergaserleistung erreicht werden.

Um die Höhe der Feinkornablagerungen zu begrenzen, muss abgelagertes Feinkorn, welches nicht von der unterhalb befindlichen Schüttung aufgenommen werden kann, zum Gasabgang transportiert werden. Abstand und Höhenlage der Kämme und Täler sind deshalb so zu wählen, dass ein Feinkorntransport in Richtung Gasabgang erfolgen kann. Bei seitlicher Abführung des Rohgases aus dem Vergaser sind die Kämme und Täler bezüglich des Gasabganges deshalb erfindungsgemäß so anzuordnen, dass sich unterhalb des Gasabganges ein Tal und dazu diametral ein Kamm befindet.

Im einfachsten Fall werden an der Oberfläche der Schüttung zum Gassammeiraum nur ein Kamm und ein Tal gebildet, wobei wiederum bei einem einseitigen Gasabgang die Talsohle unterhalb dieses Gasabganges angeordnet ist. Eine solche Ausbildung der Schüttungsoberfläche erleichtert den Feinkorntransport in Richtung des Gasabganges, da die Oberfläche der Schüttung durchgängig zwischen dem Kamm und dem Tal in Richtung des Tales und damit auch des Gasabganges abfällt.

Eine solche Schüttgutoberfläche kann erfindungsgemäß dadurch erzeugt werden, dass der untere Rand des statischen Kohleverteilers, an dem sich der Vergasungsstoff abböscht, unter einem Winkel, der kleiner als der Böschungswinkel α des

Vergasungsstoffes ist, gegen die Horizontale in Richtung des Gasabganges abwärts geneigt ist.

Auf diese Weise wird der bisher übliche, bezüglich der Vergaserachse

rotationssymmetrische, statische Kohleverteiler im Bereich des unteren Randes bezüglich der Höhe asymmetrisch. Der untere Rand eines solchen asymmetrischen statischen Kohleverteilers kann nunmehr erfindungsgemäß ebenfalls zacken- und wellenförmig ausgeführt sein.

Wird bei einem seitlichen Gasabgang ein solcher im unteren Bereich asymmetrischer Kohleverteiler so angeordnet, dass sich unterhalb des Gasabganges das tiefste Tal ausbildet, nimmt die Höhe der Kämme und Täler in Richtung des Gasabganges ab. Dies begünstigt den Feinkorntransport in Richtung Gasabgang.

Die maximale Höhe der sich bildenden Feinkornablagerungen hängt von der Höhenlage des Gasabganges am Vergaser ab. Je größer die Höhendifferenz zwischen der Obergrenze der Schüttung zum Gassammeiraum und dem Gasabgang ist, desto höher kann die Feinkornschicht, und damit ihr Einfluss, werden. Bei hohen

Feinkornablagerungen können sich im Bereich der Kämme Strahlschichten ausbilden, über die der Feinkorntransport zum Gasabgang erfolgen muss. Durch die Zahl und die Form der realisierten Kämme und Täler sowie die Höhenlage des Gasabgangs kann somit eine Anpassung an die Eigenschaften des Vergasungsstoffes erfolgen.

Die Aufheizgeschwindigkeit im Bereich dicht unter der Schüttgutoberfläche, die für die Bildung von Schmelzverbünden entscheidend ist, kann ebenfalls durch die Höhenlage der Schüttgutoberfläche beeinflusst werde. Wird der untere Rand des statische

Kohleverteilers beim Einsatz backender Kohlen mit geringem Feinkornanfall daher erfindungsgemäß in Richtung des Gasabganges so gegen die Horizontale geneigt ausgeführt, dass die Höhenlage der Schüttgutoberfläche in Richtung des Gasabganges zunimmt, kann die Bildung von Schmelzverbünden im Bereich diametral zum

Gasabgang reduziert und damit der Ausbildung einer einseitigen Strömung entgegen gewirkt werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Festbettvergasers besteht auch darin, dass der untere Rand des Einhängeschachtes, an dem sich der Vergasungsstoff abböscht und damit die Oberfläche der Schüttung zum Gassammeiraum bildet, zacken- oder wellenförmig ausgebildet ist, wobei die Zacken die Form gleichschenkliger Dreiecke oder Trapeze haben, deren Schenkel näherungsweise unter dem Böschungswinkel des Vergasungsstoffes α gegen die Horizontale geneigt sind, oder wobei die Wellenlinie im oberen und unteren Bereich aus der Peripherie von Kreissegmenten besteht, die durch gemeinsame Tangenten miteinander verbunden sind, welche näherungsweise unter dem Böschungswinkel des Vergasungsstoffes α gegen die Horizontale geneigt sind.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Festbettvergasers besteht auch darin, dass der untere Rand des Einhängeschachtes in Schacht- Schüttungssektoren mit höheren Sektor-Flächenverhältnissen in der Höhe verkürzt ist oder umgekehrt. Damit werden zwei sich gegenseitig verstärkende Effekte der

Forcierung und Reduzierung überlagert, so dass auch stärkste Ungleichmäßigkeiten der Durchströmung des Bettes egalisiert werden können, wie sie bei Einsatz von stückiger Rohbraunkohle zu erwarten sind. Anhand beigefügter Darstellungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1a Oberteil eines Festbettvergasers mit Einhängeschacht mit sektorweisen Verjüngungen

Fig. 1b Schnittdarstellung im Schnitt A-A zu Fig. 1a

Fig. c Einhängeschacht mit sektorweisen Verjüngungen (räumliche Darstellung) Fig. 1d Draufsicht auf den unteren Teil des Festbettvergasers mit Drehrost

Fig. 2a Oberteil eines Festbettvergasers mit asymmetrisch angeordnetem

Einhängeschacht

Fig. 2b Schnittdarstellung im Schnitt A-A zu Fig. 2a

Fig. 2c Draufsicht auf den unteren Teil des Festbettvergasers mit Drehrost

Fig. 3a Oberteil eines Festbettvergasers mit asymmetrisch angeordnetem

Einhängeschacht mit schrägem unterem Rand

Fig. 3b Schnittdarstellung im Schnitt A-A zu Fig. 3a

Fig. 4 Einhängeschacht mit einer sektorweisen Verjüngung

Fig. 5 Einhängeschacht mit einer sektorweisen Erweiterung

Fig. 6 Einhängeschacht mit zackenförmigem unterem Rand

Fig. 7 Einhängeschacht mit trapezförmiger Ausgestaltung des unteren Randes

Fig. 8 Einhängeschacht mit wellenförmiger Ausgestaltung des unteren Randes

Ausführungsbeispiel 1, dargestellt in Fig. 1, beschreibt eine vorteilhafte Lösung zur Gleichverteilung der Strömung im Bettquerschnitt der gesamten Kohleschüttung des Festbettvergasers mittels einer gezielten örtlichen Forcierung der Strömung durch sowohl die Ausführung des Einhängeschachtes als auch die spezielle

Funktionalisierung des Drehrostes. Hierbei wird die nicht-gestufte und gleitende, symmetrische Drei-Sektor-Forcierung des Drehrostes und die symmetrische

Drei-Sektor-Forcierung des Einhängeschachtes kombiniert.

Der Festbettvergaser 1 mit dem drucktragenden Außenmantel 2 und einem

Innendurchmesser von 3,9 m wird zur Vergasung von leicht backender, stückiger Steinkohle 3 mit einer Körnung von ca. 3 bis 50 mm eingesetzt. Der Längsschnitt des oberen Teils des Festbettvergasers 1 ist in Fig. 1a dargestellt. Die Steinkohle 3 wird in Fig. 1a aus der über dem Festbettvergaser 1 angeordneten Kohleschleuse (nicht dargestellt) über den Zuführungsschacht 4 in den

Vergaserinnenraum 5 des Festbettvergasers 1 eingeschleust. Unterhalb des

Zuführungsschachtes 4 ist der 2 m lange Einhängeschacht 6 angeordnet. Die

Oberkante 7 des Einhängeschachtes 6 ist mit lösbaren Verbindungen 8, mit sehr geringem Spaltmaß von wenigen mm (< 1cm), nicht schlüssig mit der

Vergaserinnenwand 9 verbunden. Der Einhängeschacht 6 dient unter anderem als Vorratsraum für die Kohle 3, so dass die obere Grenze 10 der Kohlesch üttung 11 zwischen zwei Beschleusungsvorgängen nicht unter der untere Rand 12 des

Einhängeschachtes 6 absinkt und somit während des Betriebs eine konstante

Schütthöhe des Bettes der Schüttung 11 gewährleistet ist. Der zylinderförmige

Einhängeschacht 6 (Außendurchmesser 3,1 m) ist in der unteren Hälfte 13 sektorweise konusförmig verjüngt (bis auf den Durchmesser 2,5 m) und die der untere Rand 12 ist horizontal eben ausgebildet. In Höhe der oberen Hälfte des Einhängeschachtes 6 befindet sich der seitliche Gasabgang 14. Der Einhängeschacht 6 liegt in der

Symmetrieachse 16 des Festbettvergasers 1.

Vom unteren Rand 12 des Einhängeschachtes 6 böscht sich die Schüttung 11 gleichmäßig in den Innenraum 5 des Vergasers 1 ab. Durch die konusförmigen

Verjüngungen liegt die Oberfläche der Schüttung 11 bei den Einhängeschacht-Sektoren mit den Verjüngungen niedriger als bei den Einhängeschacht-Sektoren ohne

Verjüngung.

Fig. 1a zeigt somit, wie auch Fig. 1b und 1c, die statische Forcierung der Strömung im Oberteil der Schüttung 11 durch die spezielle Konfigurierung des Einhängeschachtes 6.

Fig. 1b zeigt eine Schnittdarstellung im Schnitt A-A zu Fig. 1a. Die zylinderförmige Schüttung 11 im von der Vergaserinnenwand 9 begrenzten Innenraum 5 des

Vergasers 1 wird gedanklich in geometrische Zylindersektoren unterteilt ist, die in der Nähe des Einhängeschachtes 6 als Schacht-Schüttungssektoren bezeichnet werden. In Fig. 1b, Schnitt A-A in Fig. 1a, sind die sechs Schacht-Schüttungssektoren anhand einer gedanklichen Unterteilung gemäß Uhrzeiten 11-1 Uhr (11 ⁰⁰ -1 ⁰⁰ ), 1-3 Uhr (1 ⁰⁰ - 3 ⁰⁰ ), 3-5 Uhr (3 ⁰⁰ -5 ⁰⁰ ), 5-7 Uhr (5 ⁰⁰ -7 ⁰⁰ ), 7-9 Uhr (7 ⁰⁰ -9 ⁰⁰ ) und 9-11 Uhr (9 ⁰⁰ -11 ⁰⁰ ) eingezeichnet. Die Schacht-Schüttungssektoren 1-3 Uhr, 5-7 Uhr und 9-11 Uhr sind durch die Verjüngung des Einhängeschachtes 6 in diesen Bereichen strömungsforciert und die Schacht-Schüttungssektoren 11-1 Uhr, 3-5 Uhr und 7-9 Uhr sind strömungsreduziert. Erfindungsgemäß befinden sich am Gasabgang 14 bei Position 12 Uhr mit dem Sektor 11-1 Uhr ein strömungsreduzierter Sektor (schraffierter Sektor 19) und diametral gegenüber vom Gasabgang 14 ein strömungsforcierter Sektor

(schraffierter Sektor 20).

Jedem Zylindersektor ist ein Verhältnis der horizontalten Projektion der

Gasaustrittsfläche an der Obergrenze 10 der Schüttung 11 zum Gassammeiraum im jeweiligen Zylindersektor zur Querschnittsfläche des Zylindersektors zugeordnet, welches als Sektor-Flächenverhältnis bezeichnet wird. Das Sektor-Flächenverhältnis der strömungsforcierten Schacht-Schüttungssektoren liegt um 60 % höher als das Sektor-Flächenverhältnis der strömungsreduzierten Schacht-Schüttungssektoren. Der gesamten Schüttung 11 als Summer aller Zylindersektoren ist ein Verhältnis der horizontalten Projektion der gesamten Gasaustrittsfläche an der Obergrenze 10 der Schüttung 11 zum Gassammeiraum zur Querschnittsfläche der gesamten Schüttung 11 zugeordnet, das als Bett-Flächenverhältnis bezeichnet wird. Das Bett-Flächenverhältnis im ersten Ausführungsbeispiel beträgt 0,48.

Der Einhängeschacht 6 mit sektorweiser, konischer Verjüngung ist in Fig. 1c in nicht-maßstäblicher räumlicher Darstellung veranschaulicht.

Durch die sektorweisen konischen Verjüngungen des Einhängeschachtes 6 wird das bei der Vergasung entstehende, nach oben aufsteigende Rohgas bevorzugt von der dem Gasabgang 14 gegenüberliegenden Seite abgezogen, da auch hier eine größere Gasaustrittsfläche zum Abströmen zur Verfügung steht. Dadurch wird einer

Schiefströmung des Rohgases hin zum Gasabgang 14 entgegengewirkt.

Diese Strömungsführung hat den Vorteil, dass sich der Staub im Rohgas im

Gassammeiraum, der als Beruhigungsraum dient, absetzen kann, bevor das Rohgas den Vergaser 1 über den Gasabgang 14 verlässt.

Die Gasgeschwindigkeit des Rohgases erhöht sich beim Austritt aus Schüttung 11 wie beim Ausführungsbeispiel 1 nur bedingt (von einer Leerrohrgeschwindigkeit zwischen 0,25-0,3 m/s auf ca. 0,5-0,6 m/s). Damit ist sichergestellt, dass sich keine

Gasgeschwindigkeiten nahe des Wirbelpunktes (ca. 1 m/s) einstellen können, wodurch sich der Staubaustrag mit dem Rohgas enorm erhöhen würde. Als zweiter Teil der Erfindung ist in Fig. 1d die dynamisierte Forcierung der Strömung im Unterteil der Schüttung im Festbettvergaser 1 mittels eines speziell funktionalisierten Drehrostes 15 dargestellt, wobei Forcierungen und Reduzierungen der Strömung im Unterteil der Schüttung mit Forcierungen und Reduzierungen der Strömung im Oberteil der Schüttung durch die Konfiguration des Einhängeschachtes 6 abgestimmt sind. In Fig. 1d ist in stark vereinfachter Form die Draufsicht des unteren Teils des

Festbettvergasers 1 mit dem Außenmantel 2 und dem Drehrost 15 dargestellt. Der Drehrost 15 ist durch den äußeren Rand 21 eingezeichnet. Die sechs

Rost-Schüttungssektoren 11-1 Uhr, 1-3 Uhr, 3-5 Uhr, 5-7 Uhr, 7-9 Uhr und 9-11 Uhr sind eingezeichnet. Der Gasabgang 14 (nicht dargestellt) befindet sich in der Position 12 Uhr.

Der Drehrost 15 ist mit einer 30 %igen Drei-Sektor-Forcierung ausgestattet, wobei sich in Fig.ld die strömungsforcierten Rost-Schüttungssektoren bei 1-3 Uhr, 5-7 Uhr und 9-11 Uhr befinden und die strömungsreduzierten Rost-Schüttungssektoren den

Positionen 11-1 Uhr, 3-5 Uhr und 7-9 Uhr zugeordnet sind. Erfindungsgemäß befindet sich in der Position des Gasabganges 14 bei 12 Uhr mit dem Sektor 11-1 Uhr ein strömungsreduzierter Rost-Schüttungssektor 22 (schraffiert) und diametral dazu ein strömungsforcierter Rost-Schüttungssektor, der durch den Drehrost- Sektor 23 (schraffiert) mit Vergasungsmittel beaufschlagt ist.

Der Drehrost 15 wird mit 10 Umdrehungen pro Stunde, d.h. 1 Umdrehung pro

6 Minuten, gleichmäßig gedreht. Durch die Strömungsforcierungen wird in den jeweils forcierten Rost-Schüttungssektoren eine Vorzugsströmung erzwungen.

In Kombination mit der abgestimmten Drei-Fach-Forcierung des Einhängeschachtes 6, wobei im vorliegenden Beispiel eine symmetrische Gleichverteilung der Forcierungen und Reduzierungen des Einhängeschachtes 6 als auch des Drehrostes 15

vorgenommen wird und hierbei die Winkelpositionen für die

Schacht-Schüttungssektoren und für die Rost-Schüttungssektoren übereinstimmen, wird eine maximale dynamische Vergleichmäßigung der Strömung durch die

Verstärkung und Reduzierung der Strömung in den einzelnen Zylindersektoren der Schüttung erzielt.

Dadurch wird eine gleichmäßige Durchströmung der gesamten Schüttung des

Festbettvergasers 1 erreicht. Ausführungsbeispiel 2, dargestellt in Fig. 2, beschreibt eine einfache vorteilhafte Lösung zur Unterbindung von Schieflagen der Gasströmung zum Gasabgang 14 im Festbettvergaser 1 mittels einer gezielten örtlichen Forcierung der Strömung durch sowohl die Ausführung des Einhängeschachtes 6 als auch die spezielle

Funktionalisierung des Drehrostes 15. Hierbei wird die nicht-gestufte und gleitende, symmetrische Ein-Sektor-Forcierung des Drehrostes 15 und die asymmetrische

Ein-Sektor-Forcierung des Einhängeschachtes 6 kombiniert.

Der Festbettvergaser 1 in Fig. 2a mit dem drucktragenden Außenmantel 2 und einem Innendurchmesser von 3,9 m wird zur Vergasung von stückiger Steinkohle 3 mit einer Körnung von ca. 3 bis 50 mm eingesetzt. Der Längsschnitt des oberen Teils des Festbettvergasers 1 ist in Fig. 2a dargestellt und zeigt, wie auch Fig. 2b, die statische Forcierung der Strömung im Oberteil der Schüttung durch die spezielle Konfigurierung des Einhängeschachtes 6.

Die Steinkohle 3 wird in Fig. 2a aus der über dem Festbettvergaser 1 angeordneten Kohleschleuse (nicht dargestellt) über den Zuführungsschacht 4 in den

Vergaserinnenraum 5 des Festbettvergasers 1 eingeschleust. Unterhalb des

Zuführungsschachtes 4 ist ein 2 m langer Einhängeschacht 6 angeordnet. Die

Oberkante 7 des Einhängeschachtes 6 ist mit lösbaren Verbindungen 8 nicht formschlüssig mit der Vergaserinnenwand 9 verbunden. Der sich zwischen dem

Einhängeschacht 6 und der oberen Vergaserinnenwand 9 bildende Spalt ist kleiner als 1 cm. Der Einhängeschacht 6 dient unter anderem als Vorratsraum für die Kohle 3, sodass die obere Grenze 10 der Schüttung 11 zwischen zwei Beschleusungsvorgängen nicht unter den unteren Rand 12 des Einhängeschachtes 6 absinkt und somit während des Betriebs eine konstante Schütthöhe des Bettes der Schüttung 11 gewährleistet ist. Der zylinderförmige Einhängeschacht 6 (Außendurchmesser 3,1 m) ist in der unteren Hälfte 13 gleichmäßig konusförmig verjüngt (bis auf den Durchmesser 2,5 m) und der untere Rand 12 horizontal eben ausgebildet. In Höhe der oberen Hälfte des

Einhängeschachtes 6 befindet sich der seitliche Gasabgang 14.

Der Einhängeschacht 6 ist aus der Symmetrieachse 16 des Festbettvergasers 1 zum Gasabgang 14 hin entlang der verlängerten Symmetrieachse 17 des Gasabgangs 14 um 0,2 m verschoben, so dass die Symmetrieachse 18 des Einhängeschachtes 6 um 0,2 m von der Symmetrieachse 16 des Festbettvergasers 1 abweicht. Vom unteren Rand 12 des Einhängeschachtes 6 böscht sich die Schüttung 11 gleichmäßig in den Innenraum 5 des Vergasers 1 ab. Durch die konusförmigen

Verjüngungen liegt die Oberfläche der Schüttung 11 bei den Einhängeschacht-Sektoren mit den Verjüngungen niedriger als bei den Einhängeschacht-Sektoren ohne

Verjüngung.

Fig. 2b zeigt eine Schnittdarstellung im Schnitt A-A zu Fig. 2a. Die zylinderförmige Schüttung 11 im von der Vergaserinnenwand 9 begrenzten Innenraum 5 des

Vergasers 1 wird gedanklich in geometrische Zylindersektoren unterteilt ist, die in der Nähe des Einhängeschachtes 6 als Schacht-Schüttungssektoren bezeichnet werden. In Fig. 2b, Schnitt A-A, ist die Einfach-Sektorierung des Einhängeschachtes 6 dargestellt. Der strömungsreduzierte Schacht-Schüttungssektor 19 (schraffiert) in der Position 10:30-1:30 Uhr befindet sich erfindungsgemäß am Gasabgang 14 (Position 12 Uhr) und der strömungsforcierte Schacht-Schüttungssektor 20 in der Position 1 :30- 10:30 Uhr gegenüber vom Gasabgang 14.

Das Sektor-Flächenverhältnis des strömungsforcierten Schacht-Schüttungssektors bei 1 :30-10:30 Uhr liegt um 95 % höher als das Sektor-Flächenverhältnis des

strömungsreduzierten Schacht-Schüttungssektors bei 10:30-1 :30 Uhr. Das Bett- Flächenverhältnis beträgt 0,53.

Als zweiter Teil der Erfindung ist in Fig. 2c die dynamisierte Forcierung der Strömung im Unterteil der Schüttung im Festbettvergaser 1 mittels eines speziell funktionalisierten Drehrostes 15 dargestellt, wobei Forcierungen und Reduzierungen der Strömung im Unterteil der Schüttung mit Forcierungen und Reduzierungen der Strömung im Oberteil der Schüttung durch die Konfiguration des Einhängeschachtes 6 abgestimmt sind. In Fig. 2c ist in stark vereinfachter Form die Draufsicht des unteren Teils des

Festbettvergasers 1 mit dem Außenmantel 2 und dem Drehrost 15 dargestellt. Der Drehrost 15 ist durch den äußeren Rand 21 eingezeichnet.

Der Drehrost 15 ist mit einer 40%igen Ein-Sektor-Forcierung in der Position 5-7 Uhr ausgestattet, wobei sich in Fig. 2c der dem Gasabgang 14 nahe reduzierte Bereich des Rost-Schüttungssektors 22 (schraffiert) erfindungsgemäß gerade in Position 11-1 Uhr und der forcierte Drehrost-Sektor 23 (schraffiert) gerade in Position 1-11 Uhr befindet. Der Gasabgang 14 (nicht dargestellt) befindet sich in der Position 12 Uhr. Der Drehrost 15 wird mit 10 Umdrehungen pro Stunde, d.h. 1 Umdrehung pro

6 Minuten, gleichmäßig gedreht. Durch die Ström ungsforcierung wird im jeweils forcierten Rost-Schüttungssektor eine Vorzugsströmung erzwungen, die die im Falle fehlender Forcierung auftretende Vorzugsströmung zum Gasabgang 14 für 5/6 der Zeit unterbindet.

In Kombination mit der abgestimmten Einfach-Forcierung des Einhängeschachtes 6 wird eine maximale dynamische Vergleichmäßigung der Strömung durch die

Verstärkung und Reduzierung der Strömung in den einzelnen Zylindersektoren der Schüttung erzielt. Die mögliche Schieflage der Rohgasströmung wird statisch zurückgedrängt, während die gasabgangsfernen Zylindersektoren der Schüttung maximal dynamisch vergleichmäßigt werden. Dadurch wird eine gleichmäßige

Durchströmung der Schüttung des Festbettvergasers 1 erreicht.

Fig. 3a zeigt eine Lösung zur Unterbindung von Schieflagen der Gasströmung zum Gasabgang im Oberteil des Festbettvergasers 1. Der Festbettvergaser 1 in Fig. 3a mit dem drucktragenden Außenmantel 2 und einem Innendurchmesser von 3,9 m wird zur Vergasung von nicht-backender, stückiger Steinkohle 3 mit einer Körnung von ca. 3 bis 50 mm eingesetzt. Die Steinkohle 3 wird aus der über dem Festbettvergaser 1 angeordneten Kohleschleuse (nicht dargestellt) über den Zuführungsschacht 4 in den Vergaserinnenraum 5 des Festbettvergasers 1 eingeschleust. Unterhalb des

Zuführungsschachtes 4 ist ein im Mittel 2 m langer Einhängeschacht 6 angeordnet. Die Oberkante 7 des Einhängeschachtes 6 ist mit lösbaren Verbindungen 8 nicht formschlüssig mit der Vergaserinnenwand 9 verbunden. Der sich zwischen dem

Einhängeschacht 6 und der oberen Vergaserinnenwand 9 bildende Spalt ist kleiner als 1 cm. Der Einhängeschacht 6 dient unter anderem als Vorratsraum für die Kohle 3, sodass die obere Grenze 10 der Schüttung 11 zwischen zwei Beschleusungsvorgängen nicht unter den unteren Rand 12 des Einhängeschachtes 6 absinkt und somit während des Betriebs eine konstante Schütthöhe des Bettes der Schüttung 11 gewährleistet ist. Der zylinderförmige Einhängeschacht 6 (Außendurchmesser 3,1 m) ist in der unteren Hälfte 13 konusförmig verjüngt (bis auf den Durchmesser 2,5 m) und der untere

Rand 12 um 8° geneigt ausgebildet. In Höhe der oberen Hälfte des Einhängeschachtes 6 befindet sich der seitliche Gasabgang 14.

Der Einhängeschacht 6 ist aus der Symmetrieachse 16 des Festbettvergasers 1 zum Gasabgang 14 hin entlang der verlängerten Symmetrieachse 17 des Gasabgangs 14 um 0,2 m verschoben, sodass die Symmetrieachse 18 des Einhängeschachtes 6 um 0,2 m von der Symmetrieachse 16 des Festbettvergasers 1 abweicht.

Durch die beschriebene Ausführung und Anordnung des Einhängeschachtes 6, vor allem durch die Kombination von asymmetrischer Einhängung und abgeschrägtem unterem Rand 12 des Einhängeschachtes 6, böscht sich die Schüttung 11 so vom unteren Rand 12 des Einhängeschachtes 6 in den Innenraum 5 des Vergasers 1 ab, dass die Obergrenze 10 der Schüttung 11 zum Gassammeiraum auf der Seite des Gasabganges 14 niedriger liegt als die Obergrenze 10 der Schüttung 11 auf der gegenüberliegenden Seite.

Fig. 3b zeigt eine Schnittdarstellung im Schnitt A-A zu Fig. 1a. Die zylinderförmige Schüttung 11 im von der Vergaserinnenwand 9 begrenzten Innenraum 5 des

Vergasers 1 wird gedanklich in geometrische Zylindersektoren unterteilt, die in der Nähe des Einhängeschachtes 6 als Schacht-Schüttungssektoren bezeichnet werden. In Fig. 3b, Schnitt A-A in Fig. 1a, sind die sechs Schacht-Schüttungssektoren anhand einer gedanklichen Unterteilung gemäß Uhrzeiten 11-1 Uhr (11 ⁰⁰ -1 ⁰⁰ ), 1-3 Uhr (1 ⁰⁰ - 3 ⁰⁰ ), 3-5 Uhr (3 ⁰⁰ -5 ⁰⁰ ), 5-7 Uhr (5 ⁰⁰ -7 ⁰⁰ ), 7-9 Uhr (7 ⁰⁰ -9 ⁰⁰ ) und 9-11 Uhr (9 ⁰⁰ -11 ⁰⁰ ) eingezeichnet.

Jedem Schacht-Schüttungssektor ist ein Verhältnis der horizontalten Projektion der Gasaustrittsfläche an der Obergrenze 10 der Schüttung 11 zum Gassammeiraum im jeweiligen Zylindersektor zur Querschnittsfläche des Zylindersektors zugeordnet, welches als Sektor-Flächenverhältnis bezeichnet wird.

Der Schacht-Schüttungssektor 11-1 Uhr befindet sich nahe des Gasabgangs 14 bei Position 12 Uhr (schraffierter Schacht-Schüttungssektor 19) und der Sektor 5-7 Uhr gegenüber dem Gasabgang 14 (schraffierter Schacht-Schüttungssektor 20). Die Sektor-Flächenverhältnisse nehmen von Schacht-Schüttungssektor 19 (minimales Sektor-Flächenverhältnis) zum Schacht-Schüttungssektor 20 (maximales Sektor- Flächenverhältnis) zu. Im vorliegenden Beispiel liegt das maximale Sektor- Flächenverhältnis um 24 % höher als das minimale Sektor-Flächenverhältnis.

Der gesamten Schüttung 11 als Summer aller Zylindersektoren ist ein Verhältnis der horizontalten Projektion der gesamten Gasaustrittsfläche an der Obergrenze 10 der Kohleschüttung 11 zum Gassammeiraum zur Querschnittsfläche der gesamten Kohlesch üttung 11 zugeordnet, das als Bett-Flächenverhältnis bezeichnet wird. Das Bett-Flächenverhältnis beträgt im ersten Ausführungsbeispiel 0,59.

Durch die asymmetrische Anordnung des Einhängeschachtes 6 und dessen zum

Gasabgang 14 abfallendem unteren Rand 12 wird das bei der Vergasung entstehende, nach oben aufsteigende Rohgas bevorzugt von der dem Gasabgang 14

gegenüberliegenden Seite abgezogen, da hier eine größere Gasaustrittsfläche zum Abströmen zur Verfügung steht. Dadurch wird einer Schiefströmung des Rohgases hin zum Gasabgang 14 entgegengewirkt.

Beim Austritt aus der größeren Fläche, die weiter vom Gasabgang 14 entfernt liegt, strömt das mit Staub beladene Rohgas zudem mit einer vergleichsweise niedrigen Gasgeschwindigkeit in den Gassammeiraum ein. Dieser Gassammeiraum dient als Beruhigungsraum, in dem das Rohgas einen großen Teil seines Feingutanteiles verliert, indem sich dieser beim Transport des Rohgases zum Gasabgang 14 absetzen kann. Durch unterschiedliche Abböschung der Schüttung 11 am unteren Rand 12 des

Einhängeschachtes 6, wodurch die Obergrenze 10 der Schüttung 11 auf der Seite des Gasabgangs 14 niedriger liegt als auf der gegenüberliegenden Seite, ist bei einem erhöhten Anfall von Feinkorn gewährleistet, dass dieses Feingut, welches immer zur tiefsten Stelle der Oberfläche der Schüttung 11 transportiert wird, zu jedem Zeitpunkt in Richtung Gasabgang 14 transportiert wird, die Oberfläche der Schüttung 11 in diesem Bereich überdeckt und diesen Bereich somit schlecht durchströmbar macht. Dadurch wird der gewünschte Effekt, die Strömung in Richtung der dem Gasabgang 14 gegenüberliegenden Seite zu drücken, verstärkt.

Die Gasgeschwindigkeit des Rohgases erhöht sich beim Austritt aus Schüttung 11 , da durch die zur Verfügung stehende Fläche durch den Einhängeschacht 6 verkleinert wird. Das hohe Bett-Flächenverhältnis von 0,59 bewirkt allerdings, dass sich die

Gasgeschwindigkeit beim Austritt aus der Schüttung nur bedingt erhöht (von einer Leerrohrgeschwindigkeit zwischen 0,25-0,3 m/s auf ca. 0,4-0,5 m/s). Damit ist sichergestellt, dass sich keine Gasgeschwindigkeiten nahe des Wirbelpunktes (ca.

1 m/s) einstellen können, wodurch sich der Staubaustrag mit dem Rohgas enorm erhöhen würde.

Fig. 4 zeigt eine vereinfachte Form des Einhängeschachtes 6 gemäß

Ausführungsbeispiel 1 in schematischer räumlicher Darstellung. Die Vereinfachung betrifft die Ausbildung von zwei anstelle von sechs Schacht-Schüttungssektoren. Der strömungsreduzierte Schacht-Schüttungssektor 19 in der Position 10-2 Uhr befindet sich am Gasabgang 14 (Position 12 Uhr) und der strömungsforcierte Schacht- Schüttungssektor 20 in der Position 2-10 Uhr gegenüber vom Gasabgang 14.

Fig. 5 zeigt in vereinfachter Form die sektorweise Vergrößerung des Durchmessers des Einhängeschachtes 6, wobei sich der strömungsreduzierte Schacht- Schüttungssektor 19 in der Position 10-2 Uhr am Gasabgang 14 (Position 12 Uhr) und der strömungsforcierte Schacht-Schüttungssektor 20 in der Position 2-10 Uhr gegenüber vom Gasabgang 14 befindet. Die Vergrößerung ist im unteren Drittel des Einhängeschachtes 6 ausgeführt.

Im Vergleich zu den in Ausführungsbeispiel 2 und 3 gezeigten konusförmigen

Verjüngungen hat eine Aufweitung des Querschnitts den Vorteil, dass sich beim

Befüllen des Vergasers 1 über den Einhängeschacht 6 keine Kohle anhaften kann, wofür die Gefahr bei Verjüngen besteht. Außerdem ist eine Aufweitung des

Querschnittes durch das Anschweißen von gebogenen Platten konstruktiv einfacher als die Erzeugung konischer Verjüngungen.

Fig. 6 bis 8 zeigen Beispiele unterschiedlicher Ausgestaltungen des unteren

Randes 12 des Einhängeschachtes 6

In Fig. 6 haben die Zacken die Form gleichschenkliger Dreiecke mit der Höhe hi. Somit bilden sich an der Oberfläche der Schüttung vorrangig spitze Kämme und Täler. Die Schenkel der Dreiecke sind näherungsweise unter dem Böschungswinkel α des

Vergasungsstoffes gegen die Horizontale geneigt.

In Fig. 7 sind die Zacken als gleichschenklige Trapeze mit der Höhe h2 ausgeführt. Somit haben die Kämme eine ebene Oberkante und die Täler eine ebene Sohle. Die Schenkel der Trapeze sind analog zu Fig. 2 näherungsweise unter dem

Böschungswinkel α des Vergasungsstoffes gegen die Horizontale geneigt.

In Fig. 8 ist der untere Rand 12 des Einhängeschachtes 6 so ausgeführt, dass sich kuppenförmige Kämme und muldenförmige Täler bilden. Dies wird durch eine wellenförmige Ausführung des unteren Randes 12 des Einhängeschachtes 6 erreicht. Diese Wellen bestehen im Bereich der Kämme bzw. Täler aus der Peripherie von Kreissegmenten, welche durch gemeinsame Tangenten miteinander verbunden sind. Die Neigung dieser Tangenten bezüglich der Horizontalen sollte näherungsweise dem Böschungswinkel α des Vergasungsstoffes entsprechen. Die Höhe der Wellen ist gleich dem senkrechten Abstand h3 zwischen dem höchsten und dem niedrigsten Punkt der Wellenlinie.

Bezüglich des seitlichen Gasabganges 14 wird der Einhängeschacht 6 mit dem unteren zacken- bzw. wellenförmigen Rand so angeordnet, dass sich unterhalb des

Gasabganges 14 ein Tal und diametral zu diesem Tal ein Kamm bildet. Eine solche Anordnung, die bei gleicher Ausführung der Kämme und Täler nur bei einer ungeraden Anzahl der Zacken bzw. Wölbungen erreichbar ist, begünstigt den Feinkorntransport zum Gasabgang über Strahlschichten. Die Neigung der radial angeordneten

Kämme und der Täler in Richtung Vergaserinnenmantel 2 entspricht dem

Böschungswinkel α des Vergasungsstoffes. Die Hänge zwischen den Kämmen und Tälern sind unmittelbar am Einhängeschacht 6 näherungsweise unter dem

Böschungswinkel α gegen die Horizontale geneigt.

Bezugszeichenliste

1 - Festbettvergaser

2 - Außenmantel des Festbettvergasers 1

3 - Steinkohle

4 - Zuführungsschacht

5 - Vergaserinnenraum

6 - Einhängeschacht

7 - Oberkante des Einhängeschachtes 6

8 - Lösbare Verbindungen

9 - Vergaserinnenwand

10 - Obergrenze der Schüttung 11

11 - Schüttung

12 - Unterer Rand des Einhängeschachtes 6

13 - Untere Hälfte des Einhängeschachtes 6

14 - Gasabgang

15 - Drehrost

16 - Symmetrieachse des Festbettvergasers 1

17 - Symmetrieachse des Gasabganges 14

18 - Symmetrieachse des Einhängeschachtes 6

19 - Schacht-Schüttungssektor nahe des Gasabganges 14

20 - Schacht-Schüttungssektor gegenüber des Gasabganges 14

21 - Äußerer Rand des Drehrostes 15

22 - Rost-Schüttungssektor nahe des Gasabganges 14

23 - Drehrost-Sektor gegenüber des Gasabganges 14 α - Böschungswinkel des Vergasungsstoffes

hi - Höhe der gleichschenkligen Dreiecke

h2 - Höhe der gleichschenkligen Trapeze

h3 - Höhe der Wellen Zitierte Nichtpatentliteratur

Bunt, J.R.; 2006: A new dissection methodology and investigation into coal property transformation behaviour impacting on a commercial-scale Sasol-Lurgi MK IV fixed-bed gasifier. PhD Thesis. North West University, Potchefstroom

Bunt, J.R.; Waanders, F.B.; 2008: Trace element behaviour in the Sasol-Lurgi MK IV FBDB gasifier. Part 1 - The volatile elements: Hg, As, Se, Cd and Pb. In: Fuel 87 (12), pp. 2374-2387

Glover, G.; van der Walt, T.J.; Glasser, D.; Prinsloo, N.M.; Hildebrandt, D.; 1995: DRIFT spectroscopy and optical reflectance of heat-treated coal from a quenched gasifier. Fuel 78 (8), pp.1216-1219