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Die Erfindung bezieht sich auf eine Feuerungsvorrichtung für Biomasse, insbesondere Holzpellets, mit einem Feuerungsraum, der einen Rost zur Ausbildung eines Glutbettes, oberhalb des Rostes eine Beschickungsöffnung zum Ansatz einer rückbrandgesicherten Beschickungs- einrichtung und einen Füllstandsgeber zur Regelung der Beschickungseinrichtung aufweist.
Bisher sind diese Feuerungsvorrichtungen mit brennschalenförmigen Rosten ausgestattet, die von der Seite her oder von unten mit Biomasse als Brennstoff, also mit verpressten Holzpellets, aber auch mit Hackschnitzeln, Holzspänen u dgl , beschickt und von unten primäriuftbeaufschlagt werden Biomasse ist ein langflammiger Brennstoff und benötigt lange Ausbrandwege und heisse Brenntemperaturen, wodurch an den Feuerungsraum anschliessende aufwendige Einrichtungen mit Schamottierungen und Flammverdichtungen, Verwirbelungen und langen Rauchgaszügen erforderlich sind.
Die in die Biomasse eingeleitete Primärluft führt zu einer Vorverbrennung und die aufsteigenden Brenngase werden durch eine Sekundärluftbeaufschlagung innerhalb der Ausbrand- wege einer Nachverbrennung unterzogen, wobei der primärluftbedingte Luftüberschuss vor allem im Teillastbetrieb keine hohen COz-Werte und damit keine höheren Wirkungsgrade zu erreichen erlaubt Bei wechselnden Wassergehalten des Brennstoffes kommt es zudem durch die unter- schiedlichen Verdampfungszeiten des Wassers zur Gefahr eines Unter- bzw.
Überfüllens des Rostes bei gleicher Leistungsanforderung und nicht zuletzt können die Anforderungen hinsichtlich niedriger Emissionswerte wegen der zu genngen Flammentemperaturen kaum erfüllt werden
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Mangel zu beseitigen und eine Feuerungsvorrichtung der eingangs geschilderten Art zu schaffen, die auf verhältnismässig aufwandsarme Weise ein umweltfreundliches Verbrennen von Biomasse mit vergleichsweise hohem Wirkungsgrad erlaubt.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass der Feuerungsraum durch den Rost in eine obere Beschickungszone und eine untere Brennzone unterteilt ist, dass oberhalb des Rostes in die Beschickungszone Luftdüsen für eine Primärluftbeaufschlagung des Glutbettes und im Rostbereich und/oder unterhalb des Rostes in die Brennzone Luftöffnungen für eine Sekundärluftbeauf- schlagung der Brenngase ausmünden und dass die Brenngase im Sturzbrandverfahren von oben aus der Beschickungszone durch den Rost in die untere Brennzone und von der Brennzone in einen anschliessenden Rauchgaszug eines Wärmetauschers ableitbar sind, wobei vorzugsweise als Füllstandsgeber ein Temperaturfühler dient, über den die Beschickungseinrichtung in Abhängigkeit von der Temperatur in der Beschickungszone mittels eines Reglers ansteuerbar ist.
Durch die Aufteilung des Feuerungsraumes in eine obere Beschickungszone und eine untere Brennzone und die Verbrennungsführung im Sturzbrandverfahren von oben nach unten, wobei für die entsprechenden Druckverhältnisse Druck- und/oder Sauggebläse eingesetzt werden können, lassen sich die Flammwege wesentlich verkurzen und hohe Flammtemperaturen erreichen Es entsteht statt eines langflammigen Brenngases ein kurzflammiges CO-Brenngas mit kurzem Ausbrandweg, welche Brenngase durch das Glutbett strömen und zu CO2 verbrennen, das mit dem vorhandenen Kohlenstoff in 2CO umgewandelt wird und beim Austritt in die Brennzone durch die Sekundärluftzufuhr einer Vollverbrennung mit Temperaturen bis zu 1600 C unterliegt.
Der Sauerstoff aus der Primärluftbeaufschlagung wird während des Durchströmens des Glutbettes zur Aufrechterhaltung des Vergasungs- bzw Verbrennungsprozesses vollständig aufgebraucht, wodurch auch im Teillastbetrieb ein hoher, allein von der Sekundärluftmenge abhängiger COrGehalt sichergestellt ist Zur Regelung der Heizleistung lassen sich bei gegebener Rostgrösse die Höhenlage der Luftdüsen zur Primärluftbeaufschlagung und die Beaufschlagungsmenge ändern und für die Vorbestimmung einzelner Leistungsstufen, wie Vollast und Teillast, werden die Biomassezufuhr und die Primärluftmenge variiert Die automatische Beschickungsregelung bei gleichbleibender Leistungsanforderung erfolgt vorzugsweise über einen Temperaturfühler als Füllstandsgeber, der mittels eines Reglers die Beschickungseinrichtung und damit die Glutbetthöhe regelt.
Ist beispielsweise zu wenig Brennstoff in der Beschickungszone, erhöhen die Strahlung des Glutbettes und die im Trocknungsbereich oberhalb des Glutbettes auf Grund der einströmenden Primärluft zirkulierenden heissen Brenngase die Temperatur in der Beschickungszone und bei Überschreiten einer entsprechenden Temperaturschwelle wird die Beschickungseinrichtung aktiviert Ist zuviel Brennstoff vorhanden, wird die Glutbettstrahlung abgeschirmt und die zirkulierenden Brenngase werden durch die höhere Brennstoffmenge abgekühlt, so dass bei Unter- schreiten einer entsprechenden Temperaturschwelle die Beschickungseinrichtung angehalten wird.
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Mittels des Temperaturfühlers und des Reglers lässt sich daher eine bestimmte Brennstoffhöhe einrichten, die dem Verbrennungsvorgang entspricht. Die in der Beschickungszone zirkulierenden Brenngase erwärmen und trocknen den Brennstoff, wodurch unterschiedliche Verdampfungszeiten des im Brennstoff enthaltenen Wassers ausgeglichen werden Bei eingestellter Heizleistung kommt es daher zu einer automatischen Beschickung des Rostes, die genau an den jeweiligen Vergasungs- bzw. Verbrennungsprozess angepasst ist.
Vorteilhafterweise weist der Feuerungsraum einen Doppelmantel mit radial einwärts gerichteten Luftdüsen zur Primär- und/oder Sekundärluftführung auf, wodurch einerseits Primär- bzw Sekundärluft vorgewärmt werden kann und anderseits eine Kühlung des Mantels erfolgt.
Ausserdem überstreicht die aus den radial ausgenchteten Luftdüsen ausströmende Primärluft das gesamte Glutbett und sorgt für eine gleichmässige Vergasung des Brennstoffes.
Besteht der Rost aus einem Hohlkörper, dessen über Luftöffnungen mit der Brennzone strömungsverbundener Hohlraum an die Sekundärluftzufuhr angeschlossen ist, kommt es auch für den Rost zu einer entsprechenden Kühlung unter gleichzeitiger Vorwärmung der Sekundärluft, wodurch trotz der recht hohen thermischen Rostbelastungen die Standzeiten des Rostes gesteigert werden können. Durch die Anordnung der Luftöffnungen im Rost lässt sich auch die Sekundärluft- zufuhr auf die den Rost durchströmenden Brenngase abstimmen, so dass beste Verbrennungs- verhältnisse zu erreichen sind.
Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn in der Beschickungszone ein Rührwerk mit der Rostoberfläche entlang bewegbaren Rührarmen vorgesehen ist, da mit Hilfe dieses Rührwerkes der Vergasungsvorgang vergleichmässigt und der Brennstoff auf dem Rost gelockert und durch- mischt werden kann. Ausserdem erleichtern die Rührarme zusätzlich die Entaschung des Glutbettes nach unten durch den Rost hindurch, wobei der Rührwerksantrieb, der die Rührarme im Dauerbetrieb oder taktweise oder nur bedarfsweise in Drehung versetzt, ausserhalb des Feuerungsraumes angeordnet sein wird Es wäre dabei auch durchaus möglich, den Rührwerks- antrieb mit dem Antrieb der Beschickungseinrichtung zu kombinieren.
Weist der Mantel des Feuerungsraumes im Höhenbereich des Rostes bzw. der Rührarme eine Reinigungsöffnung zur Rostreinigung auf, können Verunreinigungen des Brennstoffes, wie Steine oder Metallteile, durch diese Reinigungsöffnung entfernt werden.
Besonders zweckmässig ist es, wenn der Feuerungsraum samt den zugehörigen Einrichtungen eine vorfertigbare Einbaueinheit bildet, da sich diese Einbaueinheit dann ähnlich wie ein 01- oder Gasbrenner in einen entsprechenden Heizkessel od. dgl. als Wärmeerzeuger einsetzen lässt und die Möglichkeit besteht, verschiedene Kessel oder andere Wärmetauscher auch nachträglich mit diesen Einbaueinheiten zu bestücken.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand an Hand eines Ausführungsbeispieles rein schematisch veranschaulicht, und zwar zeigen
Fig 1 und 2 eine erfindungsgemässe Feuerungsvorrichtung im Vertikalschnitt bzw. im
Horizontalschnitt und die
Fig. 3 einen mit der erfindungsgemässen Feuerungsvorrichtung ausgestatteten Heizkessel im
Vertikalschnitt
Eine Feuerungsvorrichtung 1 zum Verheizen von Holzpellets besteht aus einem Feue- rungsraum 2, der einen Rost 3 zur Ausbildung eines Glutbettes aufnimmt und durch den Rost 3 in eine obere Beschickungszone 4 und eine untere Brennzone 5 unterteilt ist. Oberhalb des Rostes 3 ist eine Beschickungsöffnung 6 zum gasdichten Ansatz einer nur mit ihrem Zuführkanal angedeuteten Beschickungseinrichtung 7 vorgesehen, die als Rückbrandsicherung eine Zellrad- schleuse 8 umfasst.
Zur Regelung der Beschickungseinrichtung 7 ist in der Beschickungszone 4 ein Temperaturfühler 9 vorgesehen, der mittels eines nicht weiter dargestellten Reglers die Beschik- kungseinrichtung 7 in Abhängigkeit von den Temperaturen in der Beschickungszone 4 ansteuert
Der Feuerungsraum 2 umfasst einen Doppelmantel 10 mit radial einwärts gerichteten Luftdüsen 11 oberhalb des Rostes 3, welcher Doppelmantel 10 über einen Anschlussstutzen 12 an ein
EMI2.1
Rost 3 bildenden Glutbettes angeschlossen ist.
Der unterhalb des Rostes 3 liegende Doppel- mantelbereich 14 ist vom übrigen Doppelmantel 10 getrennt und uber eine Zuleitung 15 an ein Druckgebläse 16 zur Sekundärluftbeaufschlagung angeschlossen, wobei der Rost 3 aus einem Hohlkörper 17 besteht, dessen Hohlraum 18 über seitliche Zutrittsöffnungen 19 mit dem Doppel-
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mantelbereich 14 in Strömungsverbindung steht und über Luftöffnungen 20 in die Brennzone 5 ausmündet, so dass Sekundärluft über das Druckgebläse 16, die Zuleitung 15, den Doppel- mantelbereich 14 und den Rosthohlraum 18 in die Brennzone 5 einströmen kann, wo sie sich mit den durch die Rostlöcher 31 eindringenden Brenngasen vereinigt.
In der Beschickungszone 4 ist ein Rührwerk 21 mit der Rostoberfläche entlang bewegbaren Rührarmen 22 angeordnet, welche Rührarme 22 über einen ausserhalb des Feuerungsraumes 2 liegenden Antrieb 23 betätigbar sind. Eine im Doppelmantel 10 des Feuerungsraumes 2 vorgesehene Reinigungsöffnung 24 erlaubt den Zugang zum Rost im Bereich des Rührwerkes zu Reinigungszwecken.
Der Feuerungsraum 2 samt den zugehörigen Einrichtungen, wie Rost 3, Primär- und Sekundärluftführung, Rührwerk 21, Beschickungseinrichtung 7 und Temperaturfühler 9 u. dgl., bilden eine vorgefertigte Einbaueinheit 25, die sich rationell in einen Heizkessel 26 oder einen anderen Wärmetauscher einsetzen lässt und mit den entstehenden Verbrennungsgasen, die im Sturzbrandverfahren von oben nach unten durch den Kesselbrennraum 27 und die anschliessenden aufwärts führenden Rauchgaszüge 28 zum Rauchgasabzug 29 führen, den Wassermantel 30 des Kessels 26 erwärmt, wobei im Brennraum zur Intensivierung des Wärmeaustausches Prallplatten 32 od dgl Umlenkeinrichtungen vorgesehen sein können
PATENTANSPRÜCHE:
1 Feuerungsvorrichtung für Biomasse, insbesondere Holzpellets, mit einem Feuerungsraum, der einen Rost zur Ausbildung eines Glutbettes, oberhalb des Rostes eine
Beschickungsöffnung zum Ansatz einer rückbrandgesicherten Beschickungseinrichtung und einen Füllstandsgeber zur Regelung der Beschickungseinrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuerungsraum (2) durch den Rost (3) in eine obere
Beschickungszone (4) und eine untere Brennzone (5) unterteilt ist, dass oberhalb des
Rostes (3) in die Beschickungszone (4) Luftdüsen (11) für eine Primärluftbeaufschlagung des Glutbettes und im Rostbereich und/oder unterhalb des Rostes (3) in die Brennzone (5)
Luftöffnungen (20) für eine Sekundärluftbeaufschlagung der Brenngase ausmünden und dass die Brenngase im Sturzbrandverfahren von oben aus der Beschickungszone (4) durch den Rost (3) in die untere Brennzone (5)
und von der Brennzone (5) in einen anschliessenden Rauchgaszug eines Wärmetauschers ableitbar sind, wobei vorzugsweise als Füllstandsgeber ein Temperaturfühler (9) dient, über den die Beschickungseinrichtung (7) in Abhängigkeit von der Temperatur in der Beschickungszone (4) mittels eines Reglers ansteuerbar ist.