AT13296U1

AT13296U1 - Biomassekessel mit Wärmetauscher

Info

Publication number: AT13296U1
Application number: ATGM50057/2012U
Authority: AT
Original assignee: Oekofen Forschungs Und Entwicklungsges M B H
Priority date: 2012-06-20
Filing date: 2012-06-20
Publication date: 2013-10-15

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Biomassekessel, insbesondere in der Art eines Pellets-Ofens und besteht aus einer Brennstoff- Zuführungseinrichtung (1) einem Brennrost oder Brennteller (2) mit Primärluftzuführung (3), einem Flammrohr (4) mit Sekundärluftzuführung (5), einem Wassermantelgehäuse (7), gegebenenfalls Reinigungseinrichtungen (8) innerhalb von Rauchgasrohren (9), einer Brennraumabdeckung (10) mit Isolierung (11), gegebenenfalls einem Flammraumtemperaturfühler (12) und einem Abgasrohr, gegebenenfalls mit Abgasgebläse (13) im Abgasrohr. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass der Heißgasraum (15) von einem Rohrwendelwärmetauscher (6) eingefasst ist, wobei sich der Rohrwendelwärmetauscher (6) bis in den Raum zwischen dem Flammrohr (4) und dem Wassermantelgehäuse (7) erstreckt.

Description

österreichisches Patentamt AT13 296U1 2013-10-15

Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Biomassekessel mit integriertem Wärmetauscher zum separaten Entzug des Hochtemperaturanteils aus den Rauchgasen für eine nachfolgende Verwertung, beispielsweise zur Stromerzeugung.

[0002] Wärmetauscher innerhalb der Ummantelung eines Brennkesselraumes sind seit langem bekannt. Mit Ihrer Hilfe erfolgt üblicherweise der Austrag der Wärmeenergie aus dem Brennraum und Überführung in die Raumheizungselemente. So sind herkömmliche Biomassebrennkessel, insbesondere auch Pellets-Brenner mit einem Wassermantelgehäuse versehen, wobei das zirkulierende Wasser durch die in den vorbeistreichenden Rauchgasen enthaltene Strahlungswärme erhitzt wird.

[0003] Weiters sind Kraftwerke bekannt, welche durch Biomasseverbrennung Dampf erzeugen, der im Folgenden zur Stromgenerierung verwendet wird. Es ist auch bekannt die Abwärme aus solchen Biomassekraftwerken zu Heizzwecken in beispielsweise Fernwärmenetze einzuspeisen. Diese Systeme werden üblicherweise mit dem Begriff „Kraft-Wärme-Kopplung" bezeichnet. Ebenfalls bekannt sind Blockheizkraftwerke, welche durch Verbrennen von Biomasse sowohl Strom als auch Wärme für Warmwasserversorgungsanlagen und/oder Heizsysteme bereitstellen.

[0004] So beschreibt die DE 600 09 230 T2 einen Wärmetauscher, der an der vertikalen Schattenwand eines Kesselbrennraums montiert ist und aus Rohren besteht, die sich entlang der genannten vertikalen Richtung erstrecken, in dem Wasserdampf in Umlauf gebracht wird um ihn vorzuwärmen. Der parallel zur Schattenwand angeordnete Wärmetauscher deckt dabei die Schattenwand ab und der Wärmetausch zwischen den Heißgasen im oberen Bereich des Brennraums erfolgt zugunsten des Wärmetauschers und nicht zugunsten der Schattenwandrohre.

[0005] Aus der DE 10 2008 018 354 ist ein System bekannt, bei dem die Wärme eines Verbrennungsprozesses indirekt über einen Zwischenkreis ausgekoppelt und der Stromerzeugung zugeführt wird. Die nachfolgende Stromerzeugung erfolgt üblicherweise meist über einen Ran-kine-Prozess. Dabei wird Wasser innerhalb des Brennkessels durch die bei der Festbrennstoff-verbrennung entstehende Strahlungswärme verdampft, überhitzt und der Dampf über eine Turbine entspannt. Nach dem Kondensieren durch Wärmeabfuhr in das Heizsystem wird das Kondensat in den Verdampfer zurück befördert.

[0006] Es ist auch bekannt, solche Systeme ohne Wasser als Verdampfungsmedium zu betreiben. In diesem Fall spricht mit von einem ORC-Prozess (= organic randkine circle Prozess). Dabei werden Wärmeträgermedien eingesetzt, die einen wesentlich geringeren kritischen Druck als Wasser besitzen. Sehr gut geeignet sind beispielsweise Siloxane wie Decamethylcyclopen-tasiloxane oder Decamethyl tetrasiloxane und deren Mischungen. Eine weitere Alternative bilden Aromate und deren Mischungen. Eine wesentliche Anforderung an diese Stoffe ist eine mögliche Dampfphase oberhalb des Umgebungsdruckes und unterhalb der Zersetzungstemperatur.

[0007] Nach der Lehre der DE 10 2008 018 354 kann auf diese Weise die Strahlungswärme über einen Zwischenkreislauf ausgetragen und auf mehrere Kondensatoren in nachgeschalteten Systemen verteilt werden, wie den Verdampfer eines ORC-Kreislaufes, der Wärmekopplung in ein Raumwärmesystem, und der Notkühlung durch Verdampfung von bevorratetem Wasser genutzt werden.

[0008] Aus der DE 10 2010 013 083 ist ein Biomassekraftwerk bekannt, bei dem die Brennkammer über einen ersten Wärmetauscher an einen Kreislauf für ein Wärmeträgermedium und dieser Kreislauf über einen zweiten Wärmetauscher an einen Turbinenkreislauf mit einer Dampfturbine gekoppelt ist.

[0009] Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, einen Biomassekessel der bekannten Art zur Erzeugung von Raumwärme so umzugestalten, dass er 1 /5 österreichisches Patentamt AT13 296U1 2013-10-15 gleichzeitig für die Bereitstellung von Wärme und von Strom geeignet ist.

[0010] Diese Aufgabe wird durch einen Biomassekessel mit den technischen Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

[0011] Gemäß der Erfindung wird ein an sich bekannter Biomassebrenner, in den nachfolgend beschriebenen Figuren exemplarisch als Pelletsofen ausgebildet, mit einem Wärmetauscher ausgerüstet, der so angeordnet ist, dass er in der Lage ist, aus dem in den Rauchgasen vorhandenen Wärmeinhalt vorab einen Teil desselben abzuziehen und einem Stromerzeugungsaggregat zuzuführen, bevor ein weiterer Teil des Wärmeinhalts der Rauchgase an die Raumheizung abgegeben wird. Es versteht sich von selbst, dass sich die Erfindung nicht nur auf Pelletsöfen der dargestellten Art, sondern auf jegliche Art von Biomasseöfen bezieht.

[0012] Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren näher erläutert. Darin zeigt: [0013] Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen Biomassebrennofen mit dem erfindungsgemäß; [0014] Fig. 2 in Schrägansicht ein zylindrisch ausgebildetes Registerrohr zum Einbau in den

Brennraum eines herkömmlichen Biomassekessels.

[0015] Der in Fig. 1 dargestellte Pelletsofen setzt sich aus einer Pellets-Zuführungseinrichtung 1, einem Brennteller 2 mit Primärluftzuführung 3, einem Flammrohr 4 mit Sekundärluftzuführung 5, einem Rohrwendelwärmetauscher 6, dem Wassermantelgehäuse 7, Reinigungseinrichtungen 8 innerhalb von Rauchgasrohren 9, einer Brennraumabdeckung 10 mit Isolierung 11, einem Flammraumtemperaturfühler 12 und einem Abgasgebläse 13 zum Abgasrohr zusammen.

[0016] Der Rohrwendelwärmetauscher 6 ist dabei so ausgeführt, dass er in den vorhandenen Freiraum zwischen dem Flammrohr 4 und dem Wassermantelgehäuse 7 angeordnet werden kann. Das Rauchgas tritt am oberen Flammrohrende 14 in einen Heißgasraum 15 aus und trifft zuerst auf die Isolierung 11 an der Brennraumabdeckung 10 und auf die Innenkreisfläche des Rohrwendelwärmetauschers 6, durchströmt den Rohnwendelwärmetauscher 6 und gelangt erst anschließend an das Wassermantelgehäuse 7. Dabei gibt das Rauchgas bereits einen erheblichen Teil seines Wärmeinhaltes, je nach Bauart des Rohrwendelwärmetauschers 6 und der Art des darin zirkulierenden Wärmeträgermediums zwischen 25 % und 80 %, an das im Rohnwendelwärmetauscher 6 zirkulierende Wärmeträgermedium ab. Der im Rauchgas verbleibende Rest seines Wärmeinhaltes geht dann größtenteils über das durch das Wassermantelgehäuse zirkulierende zweite Wärmeträgermedium Wasser üblicherweise in einen Pufferspeicher.

[0017] Aufgrund der in Fig. 2 separat dargestellten besonderen Bauform des Rohrwendelwärmetauschers 6 und seiner Anordnung innerhalb des Kesselraumes ist einerseits sichergestellt, dass aus den heißen Rauchgasen zuerst jener Wärmeinhalt abgezogen wird, der für eine Stromerzeugung genützt werden soll und erst anschließend der Restwärmeinhalt der Rauchgase für5 die Raumheizung zur Verfügung steht und andererseits wird in sehr vorteilhafter Weise auch eine Nachrüstung bestehender Biomassekessel möglich.

[0018] Bei einem hohen geforderten Temperaturniveau des Wärmeträgermediums im Rohrwendelwärmetauscher 6 kann zwischen dem Wassermantelgehäuse 7 und dem Rohrwendelwärmetauscher 6 eine in Fig. 1 nicht dargestellte, zusätzliche Isolierung angeordnet sein. 2/5

Claims

österreichisches Patentamt AT13 296U1 2013-10-15 Ansprüche 1. Biomassekessel, insbesondere in der Art eines Pellets-Ofens, bestehend aus einer Brennstoff-Zuführungseinrichtung (1), einem Brennrost oder Brennteller (2) mit Primärluftzuführung (3), einem Flammrohr (4) mit Sekundärluftzuführung (5) und einem am Rauchgasaustritt des oberen Flammrohrendes (14) angeordneten Fleißgasraum (15), einem Wassermantelgehäuse (7), gegebenenfalls Reinigungseinrichtungen (8) innerhalb von Rauchgasrohren (9), einer Brennraumabdeckung (10) mit Isolierung (11), gegebenenfalls einem Flammraumtemperaturfühler (12) und einem Abgasrohr, gegebenenfalls mit Abgasgebläse (13) im Abgasrohr, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißgasraum (15) von einem Rohrwendelwärmetauscher (6) eingefasst ist, wobei sich der Rohnwendeltauscher (6) bis in den Raum zwischen dem Flammrohr (4) und dem Wassermantelgehäuse (7) erstreckt.
2. Biomassekessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrwendelwär-metauscher (6) einen Zulauf (16) und einen Ablauf (17) besitzt, wobei der Zulauf (16) unmittelbar unterhalb der Isolierung (11) in den Rohnwendelwärmetauscher (6) mündet.
3. Biomassekessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Wassermantelgehäuse (7) und dem Rohnwendelwärmetauscher (6) bei einem hohen geforderten Temperaturniveau des Wärmeträgermediums im Rohrwendelwärmetauscher (6) eine zusätzliche Isolierung angeordnet ist. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 3/5