AT505295A4

AT505295A4 - Feuerungseinheit

Info

Publication number: AT505295A4
Application number: AT10892007A
Authority: AT
Inventors: Dirk Dipl Ing Fh Volta; Juergen Dr Kuck; Yues Dipl Ing Fh Rottmann; Alexander Dipl Ing Dr Weissinger
Original assignee: Kwb Kraft Und Waerme Aus Bioma
Priority date: 2007-07-12
Filing date: 2007-07-12
Publication date: 2008-12-15
Also published as: AT505295B1

Description


  30184/gg
Die Erfindung betrifft eine Feuerungseinheit für Brennstoffe gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Automatische Biomassefeuerungen sind mittlerweile die häufigsten Vertreter von Feuerungseinheiten für biogene, feste Brennstoffe.
Stetig steigende Anforderungen einer Abgasreinheit erfordern oftmals den Einsatz einer nachgeschalteten Abgasreinigung, wobei eine gezielte Staubabscheidung mittels einer Nass- oder Trockenabscheideeinheit erfolgen kann.
Nachteilig daran ist, dass die Nass- oder Trockenabscheideeinheit den Wirkungsgrad der Feuerungseinheit verringert.

   Ebenso nachteilig daran ist, dass gerade bei einem Aufheizen der Feuerungseinheit, also bis zur Erreichung einer vorbestimmten Betriebstemperatur, in welcher die Feuerungseinheit eine überdurchschnittlich unreine Verbrennung aufweist und wobei das Abgasgas eine hohe Staubpartikelverschmutzung aufweist, die Nass- oder Trockenabscheideeinheit einen schlechten Wirkungsgrad aufweist, weshalb speziell in der Aufwärmphase der Feuerungseinheit keine wirksame Staubabscheidung erfolgt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Feuerungseinheit der eingangs genannten Art anzugeben, mit welcher ein hoher Wirkungsgrad der Staubreinigung bereits zu einem frühen Zeitpunkt in der Aufheizphase der Feuerungseinheit gewährleistet sein kann und welche einfach,

   kompakt und kostengünstig herstellbar ist und einfach gereinigt und gewartet werden kann.
Erfindungsgemäss wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 1 erreicht.
Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die elektrostatische Staubabscheidevorrichtung kompakt ausgebildet und nahe dem Brennraum angeordnet werden kann.
Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass der Staub an am Wärmetauscher ausgebildeten Wärmeaustauschflächen abgeschieden wird, womit auf weitere Staubabscheideflächen verzichtet und die Reinigung und Wartung einfach und kostengünstig durchgeführt werden kann.
Der Betriebstemperaturbereich der Staubabscheidung kann deutlich über 100[deg.]C, insbesondere über 400[deg.]C, betragen.

   Bei diesen Temperaturen kommt es zu keinen Kondensationseffekten eines im Heissgas befindlichen Wasserdampfes, wodurch die Gefahr von Spannungsüberschlägen zwischen den Hochspannung führenden Teilen und den hochspannungsfreien Teilen der elektrostatischen Staubabscheidevorrichtung verringert wird und derart eine hohe Zuverlässigkeit der elektrostatischen Staubabscheidevorrichtung gewährleistet werden kann.
Dadurch ergibt sich ebenso der Vorteil, dass die notwendige Zeitdauer des Aufheizens der elektrostatischen Staubabscheidevorrichtung bis zur Erreichung einer Temperatur, von beispielsweise über 100[deg.]C, kurz ausgebildet sein kann.

   Dadurch kann die elektrostatische Staubabscheidevorrichtung bereits während der Aufheizphase der Feuerungseinheit, insbesondere bereits zu einem frühen Zeitpunkt in der Aufheizphase der Feuerungseinheit, eine gute Staubabscheidung, also einen hohen Wirkungsgrad, aufweisen.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Reinigung eines Heissgases einer Feuerungseinheit gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 10.
Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Reinigung eines Heissgases einer Feuerungseinheit anzugeben, mit welchem die eingangs genannten Nachteile vermieden werden können, mit welchem ein hoher Wirkungsgrad der Staubreinigung bereits zu einem frühen Zeitpunkt in der Aufheizphase der Feuerungseinheit gewährleistet werden kann und mit welchem ein einfacher, wartungsaufwandarmer,

   reinigungsextensiver und kostengünstiger Betrieb der Feuerungseinheit sichergestellt werden kann.
Erfindungsgemäss wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 10 erreicht.
Dadurch ergibt sich ebenso der Vorteil, dass die Reinigung des Heissgases der Feuerungseinheit effizient, mit hohem Wirkungsgrad und bereits zu einem frühen Zeitpunkt in der Aufheizphase der Feuerungseinheit gewährleistet werden kann, wobei die eingangs genannten Nachteile ve[pi]nieden und die eingangs genannten Vorteile erzielt werden können.
Die Unteransprüche, welche ebenso wie die Patentansprüche 1 und 10 gleichzeitig einen Teil der Beschreibung bilden, betreffen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen, in welchen lediglich eine bevorzugte Ausführungsformen beispielhaft dargestellt ist, näher beschrieben.

   Dabei zeigt:
Fig. 1 eine Feuerungseinheit einer bevorzugten Ausführungsform geschnitten im Aufriss; und Fig. 2 einen Teil eines Wärmetauschers der Feuerungseinheit gemäss Fig. 1 geschnitten im Aufriss.
Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Feuerungseinheit 1 für Brennstoffe umfassend einen Brennraum 11 und einen Wärmetauscher 2, wobei aus dem Brennraum 11 strömende Heissgase im Wärmetauscher 2 Wärme abgeben, wobei der Wärmetauscher 2 zumindest ein eine elektrostatische Staubabscheidevorrichtung 3 umfassendes Heissgas-Leitungssystem 21 umfasst.
Die Feuerungseinheit 1 kann als Brennkammer und/oder als Heizkessel zur Warmwassererzeugung und/oder zur Stromerzeugung ausgebildet sein und kann beispielsweise eine Nennleistung, also eine für die Feuerungseinheit 1 dauerhaft erzielbare Leistung bei Betriebstemperatur der Feuerungseinheit 1,

   ab 1kW und bis über 300kW aufweisen.
In der Feuerungseinheit 1 verbrannte Brennstoffe können Festbrennstoffe, beispielsweise Biomasse in Form von Holz-Pellets, Holz-Hackschnitzel, Holzrindenabfällen, Heizgetreide und/oder Stroh, und/oder Flüssigbrennstoffe, beispielsweise Flüssiggas, Heizöl und/oder Pflanzenöl, sein. Zur Verbrennung des Brennstoffes wird der Feuerungseinheit 1 ein brennbares Gas, insbesondere Luft durch Lufteintrittsdüsen 12, zugeführt.
Die Brennstoffe werden in dem Brennraum 11 verbrannt und derart wird ein Heissgas erzeugt, wobei das Heissgas Verbrennungsgase und Staubpartikel umfasst und wobei die Konzentration der Staubpartikel, also die Anzahl der Staubpartikel pro vorbestimmter Volumeneinheit Heissgas, von dem verwendeten Brennstoff und von verbrennungsrelevanten Parametern abhängt.

   Die verbrennungsrelevanten Parameter umfassen im Wesentlichen die Temperatur der Verbrennung sowie das Mischungsverhältnis, insbesondere dem molaren Mischungsverhältais, der zugeführten Luft und dem Brennstoff. Dabei können Verbrennungstemperaturen von bis zu und über 1000[deg.]C erreicht werden und entsprechend heisse Heissgase entstehen.
Im Sinne der gegenständlichen Offenbarung wird das bei der Verbrennung entstehende Gas bis nach vollendeter Durchströmung des zumindest einen dem Brennraum 11 nachgeschalteten Wärmetauschers 2 als Heissgas bezeichnet.

   Nach der Durchströmung des Wärmetauschers 2 oder des letzten der mehreren - in Strömungsrichtung des Heissgases hintereinander geschalteten - Wärmetauscher 2 zur Erzeugung von Nutzwärme wird das Gas im Sinne der gegenständlichen Offenbarung als Abgas bezeichnet und kann in einen Rauchabzug 17 geleitet und abgezogen werden.
Die Feuerungseinheit 1 kann dem Rauchabzug 17 eine nachgeschaltete Abgasnachbehandlungseinrichtung zur weiteren Abgasbehandlung des Abgases umfassen, welche beispielsweise als Wirbelstromnassabscheider, als Sprühdüsenwäscher, oder als Aktivkohlefilter ausgebildet sein kann. Ebenso und oder anschliessend kann das Abgas über einen Rauchfang oder einen Schornstein ausgestossen werden.
Der Wärmetauscher 2 umfasst ein Heissgas-Leitungssystem 21 zur Leitung des Heissgases.

   Als Heissgas-Leitungssystem 21 können alle Rohre und Hohlräume in der Feuerungseinheit 11 angesehen werden, welche unmittelbar benachbart zum Wärmetauscher 2 ausgebildet sind und wobei das im Heissgas-Leitungssystem 21 strömende Heissgas, über vom Wärmetauscher 2 umfasste Wärmeaustauschflächen 23, Wärme an den Wärmetauscher 2 abgeben kann. Das Heissgas-Leitungssystem 21 grenzt dazu an die eine oder die mehreren vom Wärmetauscher 2 umfassten Wärmeübertragungsflächen 23.

   Im Wärmetauscher 2 kann Wärme vom Heissgas an ein weiteres Gas, an Luft, an Wasser und/oder Wasserdampf übertragen werden.
Die elektrostatische Staubabscheidevorrichtung 3 ermöglicht die Staubabscheidung, wobei mittels eines elektrostatischen elektrischen Feldes die Staubpartikel aus dem Heissgas abgeschieden werden.
Dadurch, dass die elektrostatische Staubabscheidevorrichtung 3 im HeissgasLeitungssystem 21 des Wärmetauschers 2 angeordnet ist, kann eine besonders kompakte Ausbildung der elektrostatischen Staubabscheidevorrichtung 3 gewährleistet werden, wobei insbesondere die Feuerungseinheit 1 ausserhalb des Wärmetauschers 2 staubabscheidevorrichtungsfrei ausgebildet sein kann. Die Feuerungseinheit 1 kann derart kompakt, bauraumschonend und kostengünstig ausgebildet sein.

   Die möglicherweise zusätzlich ausgebildete Abgasbehandlung kann dabei, da das Abgas bereits im Wesentlichen Staubpartikelfrei ist, besonders effizient und kaum systemleistungsminimierend erfolgen.
Der Wärmetauscher 2 kann vorteilhafterweise nahe zur Brennkammer 11 ausgebildet sein, insbesondere kann, wie in Fig. 1 dargestellt, vorgesehen sein, dass der Wärmetauscher 2 zumindest bereichsweise umlaufend benachbart um den Brennraum 11 angeordnet ist, wobei ein Gehäuse 15 der Feuerungseinheit 1 den Brennraum 11 und den Wärmetauscher 2 gemeinsam umschliesst. Dies ermöglicht besonders kurze Strömungswege vom Brennraum 11 zum Wärmetauscher 2 und zur elektrostatischen 
Staubabscheidevorrichtung 3.

   Dies ermöglicht die gute Wärmeisolierung der Feuerungseinheit 1 nach aussen, wobei das Gehäuse 15 eine Gehäuseisolierung 16 umfassen kann, sowie eine hohe Effizienz und einen hohen Wirkungsgrad des Wärmetauschers 2. Dadurch können die spannungsführenden Teile der elektrostatischen Staubabscheidevorrichtung 3 im Inneren des im Betrieb geschlossenen Gehäuses 15 liegen, also in einem Bereich, der bei Betrieb des Kessels nicht zugänglich ist.

   Eine Berührung mit hochspannungsführenden Teilen kann daher ausgeschlossen werden, wobei vorteilhafterweise eine Spannungsüberwachung vorgesehen sein kann, um den Stromfluss bei einem Fehler in der elektrostatischen Staubabscheidevorrichtung 3 zu unterbrechen.
Besonders bevorzugt kann ein Verfahren zur Reinigung des Heissgases der Feuerungseinheit 1, wobei die Heissgase von dem Brennraum 11 über den Wärmetauscher 2 geführt werden und im Wärmetauscher 2 Wärme abgeben, vorgesehen sein, wobei das Heissgas in dem zumindest einen Heissgas-Leitungssystem 21 des Wärmetauschers 2 mittels der elektrostatischen Staubabscheidevorrichtung 3 gereinigt wird.
Das an der zumindest einen Wärmeübertragungsfläche 23 vorbeiströmende Heissgas überträgt die Wärme an das, insbesondere gut, wärmeleitende Material, beispielsweise Metall,

   insbesondere ein Gussmetall und/oder eine Gussmetalllegierung, des Wärmetauschers 2, und weiter zu einem zu erhitzenden Wärmemedium. Durch zusätzliche Verwirbelung, beispielsweise mittels eines Wirbelelementes, des Heissgases im Bereich des Heissgas- Leitungssystems 21 kann die Ausbildung einer laminaren Strömung des Heissgases und/oder die Relativgeschwindigkeit und eine effektive Kontaktfläche zwischen dem Heissgas und der Wärmeübertragungsfläche 23 weiter erhöht werden und der Wirkungsgrad der Wärmeabgabe des Heissgases an den Wärmetauscher 2 besonders hoch ausgebildet sein.

   Die Aufheizdauer des Brennraumes 11, der elektrostatischen Staubabscheidevorrichtung 3 und des Wärmetauschers 2 auf die jeweilige Betriebstemperatur kann dabei gering sein.
Dadurch, dass die elektrostatische Staubabscheidevorrichtung 3 im Inneren des Heissgas-Leitungssystems 21 angeordnet ist und im Wesentlichen umlaufend von Heissgas umströmt wird, kann die Erhitzung der elektrostatischen Staubabscheidevorrichtung 3 besonders rasch, insbesondere rascher als die Erhitzung des Wärmetauschers 2 erfolgen. Dadurch kann die elektrostatische Staubabscheidevorrichtung 3, welche für eine effiziente Arbeitsweise auf deren vorbestimmte Betriebstemperatur, insbesondere über 100[deg.]C, zu erhitzen ist, besonders schnell auf diese Betriebstemperatur aufgeheizt werden.

   Dadurch kann insbesondere in der Aufwärmphase der Feuerungseinheit 1, in welcher eine erhöhte Staubkonzentration im Heissgas gegenüber jener nach Erreichung einer Betriebstemperatur vorliegt, eine effiziente Staubabscheidung gewährleistet werden.
Vorteilhafterweise kann das Heissgas-Leitungssystem 21 zumindest bereichsweise als mindestens ein Rauchrohr 24 ausgebildet sein, wobei das Rauchrohr 24 bevorzugt rund ausgebildet sein kann und wobei vorteilhaft sein kann, dass das als Rauchrohr 24 ausgebildete Heissgas-Leitungssystem 21 besonders leicht gereinigt werden kann.

   Ebenso kann eine, durch das vorteilhafterweise vorgesehene Wirbelelement hervorgerufene, Verwirbelung des Heissgases den guten Wärmeübergang zwischen dem Heissgas und den Wänden des mindestens einen Rauchrohres 24, welche Wärmeaustauschflächen 23 ausbilden, bewirken.
In einer anderen Ausführungsform kann das zumindest eine Rauchrohr 24 im Wesentlichen sechseckig ausgebildet sein, wobei mehrere sechseckige Rauchrohre 24 beispielsweise wabenformig im Wärmetauscher 2 angeordnet sein können.
Alternativ zur Verwirbelung kann das Heissgas mittels entsprechender Steuerung des Heissgases zumindest teilweise, also ein Teilstrom des Heissgases, den mindestens einen Wärmetauscher 2 mehrmals durchströmen.

   Auch derart kann die effektive Kontaktfläche zwischen dem Heissgas und der Wärmeübertragungsfläche 23 vergrössert werden.
In Fig. 1 sind zwei der - gemäss der bevorzugten Ausführungsform - mehreren Rauchrohre 24 im Schnitt dargestellt. Die Rauchrohre 24 können vorteilhafterweise benachbart entlang des Umfangs der vorteilhafterweise im Wesentlichen runden Brennkammer 11 angeordnet sein.

   Vorteilhafterweise kann das Heissgas-Leitungssystem eine Mehrzahl der Rauchrohre 24 umfassen, also zumindest bereichsweise als mehr als ein Rauchrohr 24 ausgebildet sein, wobei beispielsweise zwischen 5 und 35 Rauchrohre, bevorzugt zwischen 10 und 20 Rauchrohre, insbesondere 16 Rauchrohre, in der Feuerungseinheit 1 ausgebildet sein können und insbesondere - in Strömungsrichtung der Heissgase gesehen - zueinander parallel angeordnet sein.
Die Verschmutzung, insbesondere durch Staubpartikel, der elektrostatischen Staubabscheidevorrichtung 3 kann erheblichen Einfluss auf die Abscheideeffizienz, also den Wirkungsgrad der Abscheidung haben, weshalb In dem Heissgas-Leitungssystem 21 vorteilhafterweise vorgesehen sein kann, dass ein Reinigungssystem 22 zum Reinigen der Wärmeaustauschflächen 23 angeordnet ist.

   Dadurch kann die einfache Reinigung der Wärmeaustauschflächen 23 entweder mechanisch, also beispielsweise hebelbetätigt durch .. einen Benutzer, und/oder automatisiert, beispielsweise mittels eines von der Feuerungseinheit 1 umfassten Aktuators, gewährleistet werden, und derart dauerhaft ein hoher Wirkungsgrad und ein geringer Wärmewiderstand der Wärmeaustauschflächen 23 gewährleistet sein. Mittels des Reinigungssystems 22 kann eine abgeschiedene Verunreinigung und/oder der abgeschiedene Staub von der Wärmeübertragungsfläche 23 einfach und zuverlässig entfernt werden.
Vorteilhafterweise kann das Reinigungssystem 22 eine - in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellte Reinigungsfeder 26 umfassen.

   Die Reinigungsfeder 26 kann mittels der Reinigungssystemaufhängung 25 - insbesondere in Richtung der Längserstreckung des Rauchrohres 24 - in Schwingung versetzt werden und derart den Staub von der Wärmeübertragungsfläche 23 entfernen, wobei eine Federoberfläche mit der Wärmeübertragungsfläche 23 in gleitendem Kontakt steht.
Vorteilhafterweise kann eine Reinigungseinrichtung 31 zum Reinigen der elektrostatischen Staubabscheidevorrichtung 3 vorgesehen sein.

   Dies kann dauerhaft den hohen Wirkungsgrad der Staubabscheidung sicherstellen und eine lange Lebensdauer der elektrostatischen Staubabscheidevorrichtung 3 gewährleisten.
Alternativ und/oder zusätzlich kann die Reinigung durch ein Abbrennen des Staubes sich an der elektrostatischen Staubabscheidevorrichtung 3 befindlichen Staubes erfolgen.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass das Reinigungssystem 22 zum Reinigen der Wärmeaustauschflächen 23 und die Reinigungseinrichtung 31 der elektrostatischen Staubabscheidevorrichtung 3 wirkverbunden sind.

   Dies ermöglicht die besonders einfache, insbesondere gleichzeitige, Reinigung der Wärmeaustauschflächen 23 und der elektrostatischen Staubabscheidevorrichtung 3 und kann die einfache Ausgestaltung des Reinigungssystems 22 und der Reinigungseinrichtung 31 gewährleisten.
Mit zunehmender Verschmutzung kann die Stromstärke sowie die statische Aufladung der abzuscheidenden Partikel und somit die Abscheideleistung der elektrostatischen Staubabscheidevorrichtung 3 geringer werden.

   Durch das Reinigungssystem 22 und/oder die Reinigungseinrichtung 31 können die Wärmeaustauschflächen 23 und/oder der elektrostatischen Staubabscheidevorrichtung 3 automatisiert und/oder manuell gereinigt werden.
Vorteilhafterweise kann die Reinigung zumindest einer - zur elektrischen Aufladung der Staubpartikel im Heissgas vorgesehenen - Sprühelektrode 34 der elektrostatischen Staubabscheidevorrichtung 3 mittels Abstandhalter mit dem Reinigungssystem 22 zum Reinigen der Wärmeaustauschflächen 23 gekoppelt werden.
Mittels der Abstandhalter kann der Abstand zwischen der Sprühelektrode 34 und der zu dieser Sprühelektrode 34 nächstliegenden Wärmeaustauschfläche 23 besonders gut vorbestimmt und lagefixiert werden und, insbesondere hochspannungsbedingte, Schwingungen der Sprühelektrode 34 können wirkungsvoll unterbunden werden.

   Derart können Spannungsüberschläge zwischen der unter Hochspannung, also unter einer Spannung von über 500V, stehenden Sprühelektrode 34 und der nächstliegenden Wärmeaustauschfläche 23 verhindert werden und die elektrostatische Staubabscheidevorrichtung 3 kann besonders kompakt ausgebildet werden.
Durch eine geeignete Ausformung, insbesondere als Wirbelelement und/oder Drallverstärker, der in dem Heissgas-Leitungssysteme 21 angebrachten Abstandhalter, beispielsweise als Stauscheiben, kugelige, kegelige oder propellerformige Strömungskörper, können die Abstandhalter auf den Wärmeübergang vom Heissgas zum Wärmetauscher 2 wirkungsgradsteigernd wirken,

   womit auf den zusätzlichen Einbau weiter Wirbelelemente verzichtet werden kann und die Anzahl der Einzelteile der Feuerungseinheit 1 und die Herstellkosten gering gehalten werden kann.
Mittels der Sprühelektrode 34 kann die elektrostatische Staubabscheidevorrichtung 3 besonders einfach, kompakt und kostengünstig ausgebildet sein.
Mittels einer Hochspannungsverbindung 37 kann die Sprühelektrode eine Spannung beispielsweise zwischen lkV und 20kV aufweisen, und derart die Staubpartikel elektrisch aufladen. Durch die elektrische Aufladung werden die einander elektrisch abstossenden Staubpartikel in Richtung eines Potentialgefälles getrieben.

   Insbesondere können die Wärmeaustauschfläche 23, der Wärmetauscher 2 und das Gehäuse 15 ein Nullpotential, insbesondere einen NulUeiteranschluss 38 und/oder eine Erdung, aufweisen und können insbesondere geerdet sein, dadurch können die Staubpartikel aufgrund der abstossenden Kräfte in Richtung der zur jeweiligen Sprühelektrode 3 benachbarten Wärmeaustauschfläche 23 gelenkt und dort abgeschieden werden. An der Wärmeaustauschfläche 23 sammelt sich der abgeschiedene Staub, welcher Staubpartikelgrössen zwischen unter lnm und über 50nm aufweisen kann.
Mittels des Reinigungssystems 22 kann der abgeschiedene Staub von der Wärmeübertragungsfläche 23 einfach und zuverlässig entfernt werden. Vorteilhafterweise kann das Reinigungssystem 22 eine - in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellte Reinigungsfeder 26 umfassen.

   Die Reinigungsfeder 26 kann mittels der Reinigungssystemaufhängung 25 - insbesondere in Richtung der Längserstreckung des Rauchrohres 24 - in Schwingung versetzt werden und derart durch den Staub von der Wärmeübertragungsfläche 23 bewegt werden, wobei eine Federoberfläche mit der Wärmeübertragungsfläche 23 in gleitendem Kontakt steht.
Alternativ und/oder zusätzlich kann das Reinigungssystem 22 eine Klopfeinrichtung zum Abklopfen, eine Schütteleinrichtung zum Abschütteln und/oder eine Blas- oder Wirbeleinrichtung zum Abblasen des Staubes und/oder der Verunreinigungen von der oder den Wärmeübertragungsflächen 23 umfassen.
Der wenigstens eine Abstandhalter kann vorteilhafterweise mit der Sprühelektrode verbunden sein und vorteilhafterweise kann der wenigstens eine Abstandhalter als Strömungskörper ausgebildet sein.

   Derart kann der durch die Abstandhalter ausgebildete Luftwiderstand gering ausgebildet sein, wodurch ein geringer luftwiderstandsbedingter Strömungsverlust im Heissgas-Leitungssystem 21 und der hohe Wirkungsgrad des Wärmetauschers 2 gewährleistet werden kann.
Da die elektrostatische Staubabscheidevorrichtung 3 umfassend die Sprühelektrode 34 einen, im Vergleich zu einer Nass- oder Trockenabscheideeinheit geringen Luftwiderstand aufweisen kann, kann der Druckverlust im Heissgas-Leitungssystems 2 aufgrund der darin ausgebildeten elektrostatischen Staubabscheidevorrichtung 3 gering gehalten und ein hoher Wirkungsgrad der Feuerungseinheit 1 gewährleistet werden.
Ebenso kann vorteilhafterweise vorgesehen sein,

   dass die Reinigung der zumindest einen Sprühelektrode 34 der Staubabscheidevorrichtung 3 mittels einer ersten Aufhängung 32 und/oder mittels einer zweiten Aufhängung 33 mit dem Reinigungssystem 22 zum Reinigen der Wärmeaustauschflächen 23 gekoppelt wird. Dadurch kann auf die Ausbildung der Abstandhalter verzichtet werden, wodurch die Anzahl der Bauteile in der elektrostatischen Staubabscheidevorrichtung 3 gering ist und bestehende Wärmetauscher 2 mittels einfach ausgebildeter Nachrüst- oder Umbausätze nachgerüstet bzw. umgerüstet werden können. Dies kann die Erfüllung neuerer Abgasreinigungsvorschriften ermöglichen, wobei ein geringer Nachrüstungs- und/oder Umrüstungsaufwand gewährleistet werden kann.
Die Fig. 2 zeigt einen Teil des Heissgas-Leitungssystems 21, insbesondere eines der mehreren Rauchrohre 24, im Detail.

   Dargestellt sind weiterhin das Reinigungssystem 22 zum Reinigen der Wärmeaustauschflächen 23, eine als Haken ausgebildete Reinigungssystemaufhängung 25, die Sprühelektrode 34, die als Isolator 35 ausgebildete erste Aufhängung 32 der Sprühelektrode 34, ein Detail, insbesondere ein Gewicht, der zweiten Aufhängung 33 der Sprühelektrode 34, einen Teil des Gehäuses 15 und der Gehäuseisolation 16 der Feuerungseinheit 1, sowie der insbesondere um den Isolator 16 umlaufende Luftspalt zum Gehäuse 15.
Die erste Aufhängung 32 kann vorteilhafterweise - in der in Fig.

   1 dargestellten Betriebslage der Feuereinheit gesehen - im oberen Bereich ausgebildet sein.
In der bevorzugten Ausfuhrungsform der Feuerungseinheit kann vorgesehen sein, dass die erste Aufhängung 32 der zumindest einen Sprühelektrode 34 einen Isolator 35 umfasst, wobei der Isolator im Gehäuse der Feuerungseinheit 1 angeordnet ist und wobei zwischen dem Isolator 35 und dem Gehäuse 15 zumindest bereichsweise ein Luftspalt zum Luftdurchtritt ausgebildet ist. Durch den Luftdurchtritt strömt im Betrieb der Feuerungseinheit 1 Frischluft in den Innenraum der Feuerungseinheit 1, insbesondere - in Strömungsrichtung gesehen - zwischen dem Wärmetauscher 2 und dem Rauchabzug 17.

   Dabei kann der Isolator von Luft umspült und die erste Aufhängung 32, der Isolator 15 und die Sprühelektrode 34 im Bereich der ersten Aufhängung 32, können gekühlt werden, sodass die thermische Belastung der ersten Aufhängung 32 gering gehalten werden kann. Alternativ können mehrere Luftspalte bereichsweise um den Isolator umlaufend ausgebildet sein.
Ebenso kann der Isolator 35 durch die Luftumspülung gereinigt werden, womit Russablagerungen und eine damit verbundenen Ableitung der Hochspannung vermieden werden kann.

   Durch den in der Feuerungseinheit 1 im Betrieb herrschenden Unterdruck - im Vergleich zum Umgebungsdruck - wird für die Umspülung des Isolators 35 mit Luft kein eigener Ventilator benötigt, sodass die Luftspülung und die Reinigung des Isolators 35 besonders einfach und kostengünstig erfolgen kann.
Derart kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass Luft von in der Feuerungseinheit herrschendem Unterdruck zur Kühlung und/oder zur Reinigung des Isolators der ersten Aufhängung 32 angesaugt wird.
Alternativ und/oder zusätzlich kann der zur Reinigung und/oder zur Kühlung der ersten Aufhängung 32 und/oder des zumindest einen Isolators 35 mittels eines Ventilators, eines Gebläses oder einer Benebelungseinrichtung, also einer Einrichtung zur Erzeugung fein zerstäubter Wassertröpfchen, erfolgen und/oder eine Reinigung des Isolators mittels eines Abstreifens erfolgen.

   Der Rauchabzug 17 kann vorteilhafterweise als Saugzuggebläse umfassend einen Ventilator ausgebildet sein, womit der sichere und zuverlässige Betrieb des Rauchabzuges 17 gewährleistet sein kann.
Die Sprühelektrode 34 kann in der bevorzugten Ausführungsform zentrisch im Rauchrohr 24 angeordnet sein.
Alternativ kann die Sprühelektrode 34 in Isolationsschläuchen an dem Reinigungssystem 22 befestigt sein, insbesondere um das Reinigungssystem 22 herumgeführt sein, wodurch eine weitere vorteilhafte kompakte Bauform der elektrostatischen Staubabscheidevorrichtung 3 gewährleistet sein kann.
Zur Stabilisierung der Sprühelektrode 34 kann vorteilhafterweise unterhalb des Wärmetauschers 2 die zweite Aufhängung 33 angeordnet sein.

   Die zweite Aufhängung 33 kann mit Gewichten versehen sein sowie ein Gitter und/oder einen Ring 13 umfassen, wobei mittels des Gitters und/oder des Ringes 13 mehrere Sprühelektroden 34 verbunden und stabilisiert sein können und in der Sprühelektrode 34 - aufgrund der anliegenden Hochspannung - auftretende Schwingungen gering sein können. Dadurch kann die vorgebbare Hochspannung hoch ausgebildet sein, womit der Wirkungsgrad der elektrostatischen Staubabscheidevorrichtung 3 hoch und der Stromverbrauch gering ausgebildet sein kann.

   Insbesondere kann das Eigengewicht des Gitters und/oder des Ringes 13 hochspannungsbedingte Schwingungen der Sprühelektroden 34 wirkungsvoll dämpfen, wobei vorteilhafterweise zusätzliche Dämpfungsgewichte am Gitter oder am Ring 13 ausgebildet sein können.
Anstelle der und/oder zusätzlich zur zweiten Aufhängung 33 kann wenigstens ein Abstandhalter zur Lagefixierung der Sprühelektrode vorgesehen sein.
Vorteilhafterweise kann bei dem Verfahren vorgesehen sein, dass das HeissgasLeitungssystem 21 und die elektrostatische Staubabscheidevorrichtung 3 gemeinsam mittels eines Reinigungssystems 22 zum Reinigen der Wärmeaustauschflächen 23 gereinigt werden. Dazu kann beispielsweise in einer bevorzugten Ausfiihrungsform das Gitter und/oder der Ring 13 mit dem Reinigungssystem 22 kraftschlüssig gekoppelt sein.

   Bei der mechanischen Reinigung der Wärmeaustauschflächen 23 kann das Gitter oder der Ring 13 in Schwingung versetzt werden. Diese Schwingung kann über die zweite Aufhängung 33 an die Sprühelektroden 34 übertragen werden, wodurch in der Sprühelektrode 34 ebenso eine Schwingungsanregung erfolgen kann. Durch die Schwingung, insbesondere eine Reinigungsschwingung, in der Sprühelektrode 34 kann diese angelagerte Staubpartikel abwerfen. Derart kann der Ring 13 und/oder das Gitter vorteilhafterweise während einer Reinigungsphase der Sprühelektroden 34 als Reinigungseinrichtung 31, insbesondere zur Anregung von Schwingungen, insbesondere Reinigungsschwingungen, in der Sprühelektrode 34, sowie während einer Nichtreinigungsphase zur Stabilisierung der Sprühelektrode 34, insbesondere zur Dämpfung von Schwingungen der Sprühelektroden 34, ausgebildet sein.

   Die zweite Aufhängung 33, der Ring 13 und/oder das Gitter kann derart mehrere positive Effekte bewirken.
Alternative Reinigungseinrichtungen mit äquivalenter Wirkungsweise, beispielsweise eine Abbrennreinigungseinrichtung oder eine Ultraschallaktuatorreinigungseinrichtung, zum Abbrennen, Abwerfen und/oder Entfernen der Staubpartikel zwischen dem Reinigungssystem 22 und der Reinigungseinrichtung 31 können alternativ oder zusätzlich ausgebildet sein.
In der - in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten - Betriebslage der Feuerungseinheit 1 kann vorteilhafterweise eine Aschelade 18 senkrecht unterhalb der zweiten Aufhängung sowie senkrecht unterhalb des Heissgas-Leitungssystems 21 ausgebildet sein. Die Aschelade 18 kann manuell oder automatisch in regelmässigen Zeitintervallen, insbesondere Betriebsstundenzeitintervallen, gereinigt und/oder entleert werden.

   Dies ermöglicht das gemeinsame Auffangen der von der Reinigungseinrichtung 31 und dem Reinigungssystem 22 abgeschiedenen Verunreinigungen und/oder Staubpartikel in einer Aschelade 18, wodurch das Auffangen kompakt und das Entsorgen der Verunreinigungen und/oder Staubpartikel einfach und mit besonders geringem Aufwand für den Benutzer erfolgen kann. Dabei kann die Aschelade 18 vorteilhafterweise derart dimensioniert werden, dass diese lediglich ein bis zweimal pro Jahr zu reinigen bzw. zu entleeren ist und/oder es können zumindest teilautomatisierte Ascheladereinigungseinrichtungen und/oder Verunreinigungsabsaugeinrichtungen vorgesehen werden.
Die Sprühelektrode 34 kann vorteilhafterweise zwischen der ersten Aufhängung 32 und der zweiten Aufhängung 33 mit vorbestimmter mechanischer Vorspannung eingespannt gehalten werden.

   Dadurch kann die Sprühelektrode 34 geradlinig und parallel benachbart zur - üblicherweise - ebenso in Richtung der Längserstreckung der Sprühelektrode 34 geradlinigen Wärmeaustauschfläche 23 angeordnet und ein konstanter Abstand zwischen der Sprühelektrode 34 und der Wärmeaustauschfläche 23 über einen Grossteil der Längserstreckung der Sprühelektrode 34 gewährleistet sein. Derart können Spannungsüberschläge mit hoher Zuverlässigkeit verhindert werden, wobei der Abstand zwischen der Sprühelektrode 34 und der zur Sprühelektrode 34 benachbarten Wärmeaustauschfläche 23 mit hoher Genauigkeit vorbestimmt, der Wirkungsgrad der elektrostatischen Staubabscheidevorrichtung 3 hoch und der Stromverbrauch niedrig ausgebildet werden kann.

   Dies ermöglicht eine im Betrieb kostengünstige Ausgestaltung der elektrostatischen Staubabscheidevorrichtung 3.
In diesem Zusammenhang können mittels der Gewichte der zweiten Aufhängung 33 oder mittels einer federnden Aufnahme der ersten Aufhängung 32 und/oder der zweiten Aufhängung 33 eine Wärmeausdehnung der Sprühelektrode 34 ausgeglichen werden. Dadurch kann die - in MPa gemessene - Vorspannung der Sprühelektrode 34 über einen weiten Temperaturbereich, beispielsweise zwischen 15[deg.]C und 900[deg.]C, im Wesentlichen konstant gehalten werden, wodurch eine Wärmeausdehnung der Sprühelektrode 34 ausgeglichen werden kann.

   Wärmespannungsbedingte mechanische Belastungen und/oder Abstandsänderungen zur benachbarten Wärmeaustauschfläche 23 der Sprühelektrode 34 können derart verhindert werden.
Bei der bevorzugten Ausführungsform kann durch möglichst grossflächige Wärmeaustauschflächen 23 insbesondere gewährleistet werden, dass gleichzeitig der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung und der Wirkungsgrad der Staubabscheidung erhöht wird, da dabei sowohl die wirksame Fläche zur Staubabscheidung als auch die wirksame Fläche zur Wärmeübertragung des heissen Heissgases zum - vergleichsweise kühlen Wärmetauscher 2 vergrössert werden kann.
Weitere erfindungsgemässe Ausführungsformen weisen lediglich einen Teil der beschriebenen Merkmale auf, wobei jede Merkmalskombination, insbesondere auch von verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen, vorgesehen sein kann.
Patentansprüche:

Claims

GIBLER & POTH Patentanwälte OEG Dorotheeigasse 7 - A-1010 Wien - patent@aon.at Tel: +43 (1) 5121098 - Fax: +43 (1) 5134776 30184/gg PATE NTAN S PRÜ C H E

1. Feuerungseinheit (1) für Brennstoffe umfassend einen Brennraum (11) und einen Wärmetauscher (2), wobei der Wärmetauscher (2) zumindest ein, wenigstens bereichsweise als mindestens ein Rauchrohr (24) mit Wärmeaustauschflächen (23) ausgebildetes, HeissgasLeitungssystem (21) umfasst, wobei aus dem Brennraum (11) strömende Heissgase im Wärmetauscher (2) Wärme abgeben, dadurch gekennzeichnet, dass zur Staubabscheidung von im Heissgas befindlichen Staubpartikeln an den Wärmeaustauschflächen (23) in wenigstens einem des mindestens einen Rauchrohres (24) eine Sprühelektrode (34) einer elektrostatischen Staubabscheidevorrichtung (3) angeordnet ist.

1. Feuerungseinheit (1) für Brennstoffe umfassend einen Brennraum (11) und einen Wärmetauscher (2), wobei aus dem Brennraum (11) strömende Heissgase im Wärmetauscher (2) Wärme abgeben, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (2) zumindest ein eine elektrostatische Staubabscheidevorrichtung (3) umfassendes Heissgas-Leitungssystem (21) umfasst.

2. Feuerungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem HeissgasLeitungssystem (21) ein Reinigungssystem (22) zum Reinigen der Wärmeaustauschflächen (23) angeordnet ist.

2. Feuerungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem HeissgasLeitungssystem (21) ein Reinigungssystem (22) zum Reinigen von Wärmeaustauschflächen (23) angeordnet ist.

3. Feuerungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reinigungseinrichtung (31) der elektrostatischen Staubabscheidevorrichtung (3) vorgesehen ist.

3. Feuerungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das HeissgasLeitungssystem (21) zumindest bereichsweise als mindestens ein Rauchrohr (24) ausgebildet ist.

4. Feuerungseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungssystem (22) zum Reinigen der Wärmeaustauschflächen und die Reinigungseinrichtung (31) der elektrostatischen Staubabscheidevorrichtung (3) wirkverbunden sind.

4. Feuerungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reinigungseinrichtung (31) der elektrostatischen Staubabscheidevorrichtung (3) vorgesehen ist.

5. Feuerungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (2) zumindest bereichsweise umlaufend benachbart um den Brennraum (11) angeordnet ist, wobei ein Gehäuse (15) der Feuerungseinheit (1) den Brennraum (11) und den Wärmetauscher (2) umschliesst.

NACHGEREICHT 15

5. Feuerungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungssystem (22) zum Reinigen der Wärmeaustauschflächen und die Reinigungseinrichtung (31) der elektrostatischen Staubabscheidevorrichtung (3) wirkverbunden sind.

6. Feuerungseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Aufhängung (32) der zumindest einen Sprühelekfrode (34) einen Isolator (35) umfasst, dass der Isolator (35) in einem Durchbruch des Gehäuses (15) der Feuerungseinheit (1) angeordnet ist und dass zwischen dem Isolator (35) und dem Gehäuse (15) zumindest bereichsweise ein Luftspalt ausgebildet ist.

6. Feuerungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, . dass der Wärmetauscher (2) zumindest bereichsweise umlaufend benachbart um den Brennraum (11) angeordnet ist, wobei ein Gehäuse (15) der Feuerungseinheit (1) den Brennraum (11) und den Wärmetauscher (2) umschliesst.

7. Feuerungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Abstandhalter mit der Sprühelekfrode (34) verbunden ist und der wenigstens eine Abstandhalter als Strömungskörper ausgebildet ist.

7. Feuerungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Aufhängung (32) einer zumindest einen Sprühelektrode (34) einen Isolator (35) umfasst, dass der Isolator (35) in einem Durchbruch des Gehäuses (15) der Feuerungseinheit (1) angeordnet ist und dass zwischen dem Isolator (35) und dem Gehäuse (15) zumindest bereichsweise ein Luftspalt ausgebildet ist.

8. Feuerungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Stabilisierung der Sprühelekfrode (34) unterhalb des Wärmetauschers (2) eine zweite Aufhängung (33) angeordnet ist.

8. Feuerungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Abstandhalter mit der Sprühelektrode (34) verbunden ist und der wenigstens eine Abstandhalter als Strömungskörper ausgebildet ist.

9. Verfahren zur Reinigung eines Heissgases einer Feuerungseinheit (1), wobei die Heissgase von einem Brennraum (11) über wenigstens ein Rauchrohr (24) mit Wärmeaustauschflächen (23) eines Heissgas-Leitungssystems (21) eines Wärmetauschers (2) geführt werden und im Wärmetauscher (2) Wärme abgeben, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer elektrostatischen Staubabscheidevorrichtung (3) Staubpartikel aus dem Heissgas an den Wärmeaustauschflächen (23) zumindest eines des wenigstens einen Rauchrohres (24) abgeschieden werden.

9. Feuerungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Stabilisierung der Sprühelektrode unterhalb des Wärmetauschers eine zweite Aufhängung (33) angeordnet ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das HeissgasLeitungssystem (21) und die elektrostatische Staubabscheidevorrichtung (3) gemeinsam mit einem Reinigungssystem (22) zum Reinigen der Wärmeaustauschflächen (23) gereinigt wird.

10. Verfahren zur Reinigung eines Heissgases einer Feuerungseinheit (1), wobei die Heissgase von einem Brennraum (11) über einen Wärmetauscher (2) geführt werden und im Wärmetauscher (2) Wärme abgeben, dadurch gekennzeichnet, dass das Heissgas in zumindest einem Heissgas-Leitungssystem (21) des Wärmetauschers (2) mittels einer elektrostatischen Staubabscheidevorrichtung (3) gereinigt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigung zumindest einer Sprühelekfrode (34) der elekfrostatischen Staubabscheidevorrichtung (3) mittels Abstandhalter mit dem Reinigungssystems (22) zum Reinigen der Wärmeaustauschflächen (23) gekoppelt wird.

NACHGEREICHT 16

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das HeissgasLeitungssystem (21) und die elektrostatische Staubabscheidevorrichtung (3) gemeinsam mit einem Reinigungssystem (22) zum Reinigen der Wärmeaustauschflächen (23) gereinigt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigung der zumindest einen Sprühelekfrode (34) der elekfrostatischen Staubabscheidevorrichtung (3) mittels einer ersten Aufhängung (32) und/oder mittels einer zweiten Aufhängung (33) mit dem Reinigungssystems (22) zum Reinigen der Wärmeaustauschflächen (23) gekoppelt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigung zumindest einer Sprühelektrode (34) der elektrostatischen Staubabscheidevorrichtung (3) mittels Abstandhalter mit dem Reinigungssystems (22) zum Reinigen der Wärmeaustauschflächen (23) gekoppelt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigung der zumindest einen Sprühelektrode (34) der elektrostatischen Staubabscheidevorrichtung (3) mittels einer ersten Aufhängung (32) und/oder mittels einer zweiten Aufhängung (33) mit dem Reinigungssystems (22) zum Reinigen der Wärmeaustauschflächen (23) gekoppelt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Luft von in der Feuerungseinheit herrschendem Unterdruck zur Kühlung und/oder zur Reinigung eines Isolators (35) der ersten Aufhängung (32) angesaugt wird.

Der Patentanwalt:

G I Pa

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30184/gg N E U E P A T E N T A N S P R Ü C H E

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kühlung und/oder zur Reinigung eines Isolators (35) der ersten Aufhängung (32) im Betrieb der Feuerungseinheit (1) Luft durch einen zumindest bereichsweise zwischen dem Isolator (35) und dem Gehäuse (15) ausgebildeten Luftspalt sfrömt, wobei die Luft von in der Feuerungseinheit (1) herrschendem Unterdruck angesaugt wird.

Der Patentanwalt:

GI B LE R & OTH Pak^ gfyif&Ge OEG

Dorot[pi]eergasse 7 - A-1010 Wien - patent@aon.at Tel: +43 (1) 5121098 - Fax: +43 (1) 5134776

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