CN114729744A - 具有次级气流的生物质加热系统及其部件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于燃烧颗粒和/或木屑形式的燃料的生物质加热系统(1)，其包括：具有燃烧装置(2)的锅炉(11)、具有多个锅炉管(32)的热交换器(3)，其中燃烧装置(2)包括具有旋转炉篦(25)、初级燃烧区(26)和次级燃烧区(27)的燃烧室(24)，其中初级燃烧区(26)由多个燃烧室砖(29)横向地包围，并且由旋转炉篦(25)从下方包围，其中在燃烧室砖(29)中设置有多个次级空气喷嘴(291)，其中初级燃烧区(26)和次级燃烧区(27)在次级空气喷嘴(291)的高度处分开，其中燃烧室(24)的次级燃烧区(27)流体地连接到热交换器(3)的入口(33)。

Description

具有次级气流的生物质加热系统及其部件

技术领域

本发明涉及生物质加热系统及其部件。特别地，本发明涉及流体优化的生物质加热系统。

背景技术

生物质加热系统，特别是生物质锅炉，在20-500kW的功率范围内生物质锅炉是已经公知的。生物质可以被认为是便宜的、方便家庭的、无危机的和环境友好的燃料。可燃生物质或生物固体燃料包括木屑或颗粒。

颗粒通常由压缩成直径大约为3至15mm、长度为5至30mm的小圆盘或圆柱的木屑、锯屑、生物质或其它材料制成。木屑(也称为刨花、木屑或木片)是用切削工具切碎木材的木材。

用于颗粒和木屑形式的燃料的生物质加热系统大体上以具有燃烧室(燃烧室)和连接到燃烧室的热交换装置的锅炉为特征。由于许多国家越来越严格的法律规定，一些生物质加热系统也以细尘过滤器为特征。通常存在其它各种附件，例如燃料输送装置、控制装置、探针、安全恒温器、压力开关、烟气再循环系统、锅炉清洁系统和单独的燃料箱。

燃烧室通常包括用于供应燃料的装置、用于供应空气的装置和用于燃料的点火装置。用于供应空气的装置又通常以低压鼓风机为特征，以在燃烧室中的燃烧期间有利地影响热力学因素。用于供给燃料的装置可以例如设置为横向插入(所谓的交叉插入点火)。在该过程中，燃料经由螺杆或活塞从侧面供给到燃烧室中。

固定床式炉的燃烧室通常还包括燃烧炉篦，燃料基本上连续地供给到燃烧炉篦上并在燃烧炉篦上燃烧。该燃烧炉篦储存用于燃烧的燃料并具有开口(例如槽)，该开口允许燃烧空气的一部分作为初级空气通过到达燃料。此外，炉篦可以是不可移动的或可移动的。另外，存在炉篦式炉，其中燃烧空气不通过炉篦供给，而是仅从侧面供给。

当初级空气流过炉篦时，炉篦也被冷却，除了其它之外，炉篦保护材料。另外，如果空气供应不足，熔渣可能形成在炉篦上。具体地，本公开具体涉及的将被供给不同燃料的炉具有不同燃料拥有不同的灰熔点、水含量和不同的燃烧行为的固有问题。这使得提供同样很好地适用于不同燃料的加热系统成为问题。燃烧室可以被进一步规则地分成初级燃烧区(在炉篦上以及在进一步供应燃烧空气之前在炉篦上方的气体空间中的燃料的立即燃烧)和次级燃烧区(在进一步供应空气之后的烟气的后燃烧区)。在燃烧室中，发生燃料和木炭的干燥、热解分解和气化。为了完全燃烧所产生的可燃气体，额外的燃烧空气也在次级燃烧区的开始处被引入一个或多个阶段(次级空气或三级空气)。

干燥后，颗粒或木屑的燃烧具有两个主要阶段。在第一阶段中，燃料被热解分解并通过高温和空气转化为气体，气体可以被注入燃烧室中，并且至少部分地被注入燃烧室中。在第二阶段中，发生转化为气体的部分的燃烧，以及任何剩余固体(例如，木炭)的燃烧。在这方面，燃料除气，并且其中存在的所得的气体和木炭共同燃烧。

热解是固体物质在不存在氧的情况下的热分解。热解可分为初级热解和次级热解。初级热解的产物是热解焦炭和热解气体，并且热解气体可分为可在室温下冷凝的气体和不可冷凝的气体。初级热解在约250-450℃下发生，并且次级热解在约450-600℃下发生。随后发生的次级热解基于主要形成的热解产物的进一步反应。干燥和热解至少在很大程度上不使用空气而发生，因为挥发性CH化合物从颗粒逸出，并且因此没有空气到达颗粒表面。气化可视为氧化的一部分；正是在热解分解期间形成的固体、液体和气体产物通过进一步施加热量而被带入反应中。这通过添加气化剂如空气、氧气、水蒸气或甚至二氧化碳来完成。气化期间的λ(lambda)值大于零并且小于一。气化在约300至850℃或甚至在高达1,200℃下发生。随后通过进一步向这些过程添加空气而发生使用过量空气(λ大于1)的完全氧化。反应最终产物基本上是二氧化碳、水蒸气和灰分。在所有阶段中，边界不是刚性的而是流体。燃烧过程可有利地借助于设置在锅炉的废气出口处的λ探针来控制。

一般而言，通过将颗粒转化为气体提高了燃烧效率，因为气体燃料与燃烧空气更好地混合，因此转化更完全，并且产生了较低的污染物排放，较少的未燃烧颗粒和灰分(飞扬的灰分或灰尘颗粒)。

生物质的燃烧产生气态或空气传播的燃烧产物，其主要组分是碳、氢和氧。这些可分为来自完全氧化、来自不完全氧化的排放物和来自微量元素或杂质的物质。来自完全氧化的排放物主要是二氧化碳(CO2)和水蒸气(H2O)。来自生物质的碳的二氧化碳的形成是燃烧的目标，因为这允许更充分地使用释放的能量。二氧化碳(CO2)的释放很大程度上与燃烧的燃料量的碳含量成比例；因此，二氧化碳还取决于待提供的有用能量。基本上可仅通过提高效率来实现减排。

然而，上述复杂的燃烧过程不容易控制。一般而言，需要改进生物质加热系统中的燃烧过程。

除了供应到燃烧室的空气之外，还已知有废气再循环装置，废气再循环装置将废气从锅炉返回到燃烧室，用于冷却和再燃烧。在现有技术中，通常在燃烧室中有开口，用于通过馈送到燃烧室的初级空气管道/通道供应初级空气，并且在燃烧室中还有周向开口，用于从次级空气通道/管道供应次级空气。废气再循环可以在炉篦下方或上方发生。此外，废气再循环可以与燃烧空气混合或单独地执行。

燃烧室中燃烧产生的废气被馈送到热交换器，使得热的燃烧气体流过热交换器，以将热量传递给热交换介质，该介质通常是约80℃(通常在70℃和110℃之间)的水。锅炉通常具有集成到燃烧室中的辐射部分和对流部分(与之连接的热交换器)。

点火装置通常是热空气装置或退火装置。在第一种情况下，通过向燃烧室供应热空气来启动燃烧，其中热空气由电阻加热。在第二种情况下，点火装置具有电热塞/电热棒或多个电热塞以通过直接接触来加热颗粒或木屑直到燃烧开始。电热塞还可以配备有电动机以在点火阶段期间保持与颗粒或木屑接触，并且然后缩回以便不会保持暴露于火焰。该解决方案易于磨损并且成本高。

基本上，传统生物质加热系统的问题在于气体或固体排放过高，效率过低，并且粉尘排放过高。另一个问题在于燃料质量的变化，这是由于燃料含水量变化和结块，这使得难以在低排放的情况下均匀地燃烧燃料。尤其对于被认为适合于不同类型的生物或生物燃料的生物质加热系统，燃料的质量和一致性的变化使得难以保持生物质加热系统的持续高的效率。在这方面存在相当大的优化需求。

用于颗粒的常规生物质加热系统的缺点可能是，落入燃烧室中的颗粒可能滚动或滑出炉篦或离开炉篦，或可能落在靠近炉篦的区域并进入燃烧室的温度较低或空气供应不良的区域，或其可能甚至落入锅炉的底部腔室或灰槽中。未保留在炉篦或炉篦上的颗粒不完全燃烧，从而导致低效率、过量的灰及一定量的未燃烧污染物颗粒。此适用于颗粒以及木屑。

为此，用于颗粒的已知生物质加热系统具有挡板，例如在炉篦或炉篦和/或燃烧气体出口附近，以便将燃料元件保持在某些位置。一些锅炉在燃烧室的内部具有踵状件，以防止颗粒落入灰分移除器或/和锅炉的底室内。然而，燃烧残余物可继而成为被捕集在这些挡板和偏移件中，这使得清洁更困难，并且可阻碍空气在燃烧室中流动，这继而降低了效率。此外，这些挡板需要有属于它们自己的制造和组装工作。这适用于颗粒以及木屑。

用于颗粒或木屑片的生物质加热系统具有以下额外的缺点和问题。

还存在的问题是，颗粒在燃烧室中并且尤其是在炉篦上的不均匀分布，这降低了燃烧效率并且增加了污染物的排放。如果在点火装置附近存在没有燃料的区域，则该缺点还可能阻碍点火。这适用于颗粒以及木屑。

燃烧室中的挡板或平台可限制该缺点，并且防止燃料滚动或滑离炉篦或甚至落入锅炉的底部腔室，但它们阻挡空气流并防止空气和燃料的最佳混合。

另一个问题是，由于来自炉篦的燃料的不均匀分布以及由于空气和燃料的非最佳混合，不完全燃烧有利于未燃烧的灰分通过进气口开口的累积和下落，进气口开口直接通向燃烧炉篦或从炉篦端部进入空气管道或空气供应区域。

这是特别具有破坏性的，并且会引起频繁中断以执行诸如清洁的保养任务。由于所有这些原因，通常在燃烧室中维持大量过量的空气，但是这降低了火焰温度和燃烧效率，并且导致未燃烧气体(例如，CO、CyHy)、NOx和灰尘的排放增加(例如，由于增加的涡流)。

使用低压头鼓风机不能在燃烧室中提供合适的空气涡流，因此不能实现空气和燃料的最佳混合。通常，在传统燃烧室中难以形成最佳涡流。

已知的没有空气分级的燃烧器的另一个问题是，颗粒转化成燃气和燃烧这两个阶段借助于相同的空气量在整个燃烧室中同时发生，这降低了效率。

最后，点火装置也存在一些缺点。热空气装置需要高的电力并导致高成本。火花塞需要较少的电力，但它们需要移动部件，因为火花塞必须是电动的。它们昂贵、复杂并且在可靠性方面可能是个问题。

此外，特别需要优化现有技术的生物质加热系统的热交换器，即，可以提高它们的效率。还需要对常规热交换器的通常笨重且低效的清洁进行改进。

这同样适用于通常的生物质加热系统的静电沉淀器/过滤器。它们的喷雾以及分离器电极有规律地被燃烧残余物堵塞，这恶化了用于过滤的电场的形成，并且降低了过滤的效率。

发明内容

本发明的任务可以是提供混合技术中的生物质加热系统，其排放低(尤其是关于细粉尘、CO、碳氢化合物、NOx)，可以灵活地用木屑和颗粒运行，并且具有高效率。

根据本发明，另外，以下的考虑可以起作用：

混合技术应该允许使用含水量为8％-35％(按重量计算)的颗粒和木片。

要实现最低可能的气体排放(小于50或100mg/Nm³，基于干烟道气和13％的体积百分比的O2)。

目标是在没有静电除尘器运行的情况下小于15mg/Nm³和在静电除尘器运行的情况下小于5mg/Nm³的极低粉尘排放。

要实现高达98％的高效率(基于供应的燃料能量(热值))。

此外，可以考虑到系统的运行应当被优化。例如，其应当允许容易的灰分地去除、容易地清洁或容易地维护。

此外，应该具有高水平系统可用性。

在本文中，上述任务或潜在的各个问题也可以涉及整个系统的各个子方面，例如涉及燃烧室、热交换器或电过滤器装置。

该任务通过独立权利要求的目的来解决。进一步的方面和有利的进一步的实施例是从属权利要求的主题。

根据本公开的另一方面，公开了一种用于燃烧颗粒和/或木屑形式的燃料的生物质加热系统，该系统包括：具有燃烧装置的锅炉；具有多个锅炉管的热交换器，燃烧装置包括：具有旋转炉篦(grate)、初级燃烧区和次级燃烧区的燃烧室；初级燃烧区由多个燃烧室砖(brick)横向地封闭并且从下方由旋转炉篦封闭；多个次级空气喷嘴设置在燃烧室砖中；初级燃烧区和次级燃烧区在次级空气喷嘴的水平处(level)分离；燃烧室的次级燃烧区流体地连接到热交换器的入口。

根据前述内容的进一步发展，提供了一种生物质加热系统，其中次级空气喷嘴被安排成使得在燃烧室的次级燃烧区中产生次级空气与燃烧空气的烟气-空气混合物围绕竖直中心轴线的涡流，其中这些涡流导致烟气-空气混合物的混合的改进。

根据进一步的发展，提供了一种生物质加热系统，其中燃烧室砖中的次级空气喷嘴各自被形成为具有圆形或椭圆形截面的燃烧室砖中的圆柱形或截头圆锥形开口，其中相应开口的最小直径小于其最大长度。

根据进一步的发展，提供了一种生物质加热系统，其中具有燃烧室的燃烧装置以这样的方式设置，使得涡流在离开燃烧室喷嘴之后形成螺旋旋流，螺旋旋流向上延伸到燃烧室的燃烧室顶。

根据进一步的发展，提供了一种生物质加热系统，其中次级空气喷嘴被布置在燃烧室中至少大致相同的高度处；并且次级空气喷嘴被布置成使得其中心轴线和/或对齐(取决于喷嘴的类型)为使得次级空气相对于燃烧室的对称中心偏心地引入。

根据进一步的发展，提供了一种生物质加热系统，其中次级空气喷嘴的数量在8和14之间；和/或次级空气喷嘴具有至少50mm的最小长度，具有20至35mm的内径。

根据进一步的发展，提供了一种生物质加热系统，其中：

次级燃烧区中的燃烧室具有燃烧室斜面，该斜面减小次级燃烧区在热交换器入口方向上的横截面。

根据进一步的发展，提供了一种生物质加热系统，其中在次级燃烧区中的燃烧室具有燃烧室顶，该燃烧室顶被设置成沿热交换器的入口的方向向上倾斜，并且该燃烧室顶减小燃烧室在入口的方向上的横截面。

根据进一步的发展，提供了一种生物质加热系统，其中燃烧室斜面和倾斜的燃烧室顶形成漏斗，漏斗的较小端部通向热交换器的入口。

根据进一步的发展，提供了一种生物质加热系统，其中初级燃烧区和次级燃烧区的至少一部分具有椭圆形的水平横截面；和/或次级空气喷嘴被布置成将次级空气切向地引入燃烧室中。

根据进一步的发展，提供了一种生物质加热系统，其中次级空气喷嘴中的次级空气的平均流速是至少8m/s，优选至少10m/s。

根据进一步的发展，提供了生物质加热系统，其中燃烧室砖具有模块化结构；并且每两个半圆形燃烧室砖形成闭合环以形成初级燃烧区，形成和/或次级燃烧区的一部分；并且燃烧室砖的至少两个环布置为堆叠在彼此的顶部上。

根据进一步的实施例，提供了一种生物质加热系统，其中热交换器包括螺旋湍流器，该螺旋湍流器设置在锅炉管中并沿着锅炉管的整个长度延伸；并且该热交换器包括带状湍流器，该带状湍流器设置在该锅炉管中并沿着该锅炉管的至少一半长度延伸。

根据本公开的另一方面，提供了一种用于燃烧颗粒和/或木屑形式的燃料的生物质加热系统，包括：锅炉，具有燃烧装置；热交换器，具有优选布置成束的多个锅炉管，其中燃烧装置包括：燃烧室，具有旋转炉篦，并且具有初级燃烧区和具有优选设置在初级燃烧区上方的次级燃烧区；其中初级燃烧区由多个燃烧室砖横向包围，并且从下方由旋转炉篦包围；其中次级燃烧区包括燃烧室喷嘴，或者燃烧室的次级燃烧区流体连接到热交换器的入口；初级燃烧区具有椭圆形的水平横截面。

成束布置的锅炉管可以是彼此平行布置且具有至少大体相同长度的多个锅炉管。优选地，所有锅炉管的入口开口和出口开口可以各自布置在共同的平面内；即，所有锅炉管的入口开口和出口开口处于相同的高度。

在本文中，“水平”可指的是轴线的平坦定向或假设锅炉也水平安装的横截面，例如，地面可作为基准。可替代地，“水平”可意味着“平行”于锅炉11的基准面，这也是通常限定的。进一步可替代地，特别是在没有基准面的情况下，“水平”可理解为仅“平行”于炉篦的燃烧平面。

进一步地，初级燃烧区可具有椭圆形横截面。

椭圆形水平横截面没有死角，并且因此展现出改进的空气流和很大程度上不受阻碍的涡流/旋流的可能性。因此，生物质加热系统具有得到改进的效率和更低的排放。此外，椭圆形横截面很好地适应于燃料分布的类型，其中燃料分布的横向馈送和炉篦上的燃料床的所得几何形状。理想的“圆形”横截面也是可能的，但不能很好地适应于燃料分布的几何形状以及涡流的流体动力学，椭圆形的不对称性与燃烧室的“理想”圆形横截面形状相比允许燃烧室中湍流的改进的形成。

根据进一步的发展，提供了一种生物质加热系统，其中初级燃烧区的水平横截面被设置为在至少100mm的高度上至少近似恒定。这也用于确保燃烧室中流的分布的无阻碍的形成。

根据进一步的发展，提供了一种生物质加热系统，其中次级燃烧区中的燃烧室具有燃烧室斜面，该燃烧室斜面使次级燃烧区的横截面沿热交换器的入口或进口的方向逐渐变细。

根据进一步的发展，提供了一种生物质加热系统，其中旋转炉篦包括第一旋转炉篦元件、第二旋转炉篦元件和第三旋转炉篦元件，其各自围绕水平布置的轴承轴可旋转地布置至少90度，优选地至少160度，甚至更优选地至少170度；其中旋转炉篦元件形成用于燃料的燃烧区域；其中旋转炉篦元件包括用于燃烧的空气的开口，其中第一旋转炉篦元件和第三旋转炉篦元件在它们的燃烧区域中相同地形成。

旋转炉篦元件中的开口优选地是狭缝形状的且以规则图案形成以确保穿过燃料床的均匀空气流。

根据进一步的发展，提供了一种生物质加热系统，其中第二旋转炉篦元件以形状配合的方式布置在第一旋转炉篦元件和第三旋转炉篦元件之间，并且具有以如下方式布置的炉篦唇缘：在所有三个旋转炉篦元件的水平位置中，它们以至少大部分密封的方式抵靠第一旋转炉篦元件和第三旋转炉篦元件。

根据进一步的实施例，提供了一种生物质加热系统，其中，旋转炉篦进一步包括旋转炉篦机构，该旋转炉篦机构被构造成独立于第一旋转炉篦构件和第二旋转炉篦构件而旋转第三旋转炉篦构件，并且一起但独立于第三旋转炉篦构件而旋转第一旋转炉篦构件和第二旋转炉篦构件。

根据进一步的实施例，提供了生物质加热系统，其中旋转炉篦元件的燃烧区域配置有基本上卵形(oval)或椭圆形(elliptical)的燃烧区域。

根据进一步的实施例，提供了一种生物质加热系统，其中旋转炉篦构件具有互补且弯曲的侧面，优选地，第二旋转炉篦构件具有分别朝向相邻的第一和第三旋转炉篦构件的凹入侧面，并且优选地，第一和第三旋转炉篦构件具有分别朝向第二旋转炉篦构件的凸出侧面。

根据进一步的发展，提供了生物质加热系统，其中燃烧室砖具有模块化结构；并且每两个半圆形燃烧室砖形成闭合环以形成初级燃烧区；并且至少两个燃烧室砖的环布置为在彼此的顶部堆叠。

根据进一步的实施例，提供了一种生物质加热系统，其中，热交换器包括螺旋湍流器，该螺旋湍流器设置在锅炉管中并且沿着锅炉管的整个长度延伸；并且该热交换器包括带状湍流器，该带状湍流器设置在该锅炉管中并且沿着该锅炉管的长度的至少一半延伸。优选地，该带状湍流器可布置在该螺旋湍流器之中或内部。特别地，该带状湍流器可一体地布置在该螺旋湍流器中。优选地，该带状湍流器可在该螺旋湍流器的长度的30％至70％的长度上延伸。

根据进一步的发展，提供了一种生物质加热系统，其中热交换器包括18至24个锅炉管，每个锅炉管具有70至85mm的直径和3至4mm的壁厚。

根据进一步的发展，提供了一种生物质加热系统，其中锅炉包括一体布置的静电过滤器装置，该静电过滤器装置包括喷射电极以及围绕该喷射电极的收集电极以及笼状或笼状的清洁装置；其中该锅炉还包括可机械运行的清洁装置，该清洁装置包括具有撞击/止挡头的撞击杆；其中该清洁装置被布置成在其端部处用该撞击头撞击该(喷射)电极，使电极产生冲击波和/或(喷射)电极产生横向振动，以清除电极上的杂质。用于电极的材料是可由止挡头振动(纵向和/或横向和/或冲击波)的钢。例如，弹簧钢和/或铬钢可用于此目的。弹簧钢的材料可优选地是奥氏体铬镍钢，例如1.4310。此外，弹簧钢可以是弧形的。笼状清洁装置可沿着静电过滤器装置的壁进一步往复运动以清洁收集电极。

根据进一步的发展，提供了一种生物质加热系统，其中提供了在冷区域中集成到锅炉中的清洁装置，该清洁装置被配置成使得其可以通过设置在锅炉管中的湍流器的向上和向下移动来清洁热交换器的锅炉管。上下移动也可以被理解为湍流器在锅炉管中沿锅炉管的纵向方向的来回移动。

根据进一步的发展，提供了一种生物质加热系统，其中，在燃烧室中在旋转炉篦上方布置有辉光床高度测量机构(glow bed height measuring mechanism)；其中，辉光床高度测量机构包括燃料水平挡板，该燃料水平挡板安装在旋转轴上并且具有主表面/区域；其中，与燃料水平挡板的主表面平行的表面被设置为与旋转轴的中心轴线成一定角度，该角度优选地大于20度。

尽管结合生物质加热系统描述了本发明的方面的所有前述个别特征和细节和该方面的实施例，但也独立于生物质加热系统公开了那些个别特征和细节。

例如，公开了具有本文公开的特征和特性的燃烧室的次级燃烧区域的燃烧室斜面，其(仅)适用于生物质加热系统。在这方面，公开了具有本文公开的特征和特性的生物质加热系统的燃烧室的次级燃烧区的燃烧室斜面。

例如，进一步公开了一种用于生物质加热系统的燃烧室的旋转炉篦，该旋转炉篦具有本文所公开的特征和特性。

进一步公开的是，例如，用于生物质加热系统的燃烧室的多个燃烧室砖，其具有本文公开的特征和特性。

例如，还公开了一种用于生物质加热系统的集成静电过滤装置，该集成静电过滤装置具有本文公开的特征和特性。

例如，还公开了用于生物质加热系统的多个锅炉管，该生物质加热系统具有如本文所公开的特征和特性。

例如，进一步公开了一种用于生物质加热系统的辉光床高度测量机构，该辉光床高度测量机构具有如本文所公开的特征和特性。

例如，同样地，公开了用于生物质加热系统的燃料水平挡板，该燃料水平挡板具有本文公开的特征和特性。

附图说明

下面在示例性实施例和基于本说明书附图的各个方面中更详细地解释根据本发明的生物质加热系统：

图1示出了根据本发明的一个实施例的生物质加热系统的三维概览图；

图2示出了通过图1的生物质加热系统的横截面视图，该视图是沿着横截面线SL1做出的并且该图是从侧视图S观看的；

图3还示出了穿过图1的生物质加热系统的横截面视图，其中示出了流道，该横截面视图是沿着横截面线SL1做出的并且是从侧视图S观看而示出的；

图4示出了图2的局部视图，描绘了图2和图3的锅炉的燃烧室几何结构；

图5示出了沿图4的竖直横截面线A2穿过锅炉或锅炉的燃烧室的剖视图；

图6示出了具有图4的旋转炉篦的燃烧室的初级燃烧区的三维剖视图；

图7表示如图6所示的燃烧室砖的分解图；

图8示出了从图2的横截面线A1观察的具有旋转炉篦元件的旋转炉篦的顶视图；

图9示出了处于闭合位置的图2的旋转炉篦，其中所有旋转炉篦元件水平对齐或闭合；

图10示出了图9的旋转炉篦处于在辉光维护模式中对旋转炉篦进行部分清洁的状态；

图11示出了图9的旋转炉篦处于通用清洁的状态，该通用清洁状态优选在系统停机期间进行；

图12示出了图2的横截面细节图；

图13示出了清洁装置，通过该清洁装置，图2的热交换器和过滤器装置可以自动地清洁；

图14以突出和放大的形式示出了湍流器保持器；

图15示出了处于第一状态的清洁机构，其中图14的湍流器支架/湍流器安装件和笼式安装件均处于下方位置；

图16示出了处于第二状态的清洁机构，其中图14的湍流器安装件和笼式安装件均处于上方位置；

图17示出了具有燃料水平挡片的暴露的辉光床高度测量机构；

图18示出了燃料水平挡片的详细视图；

图19示出了在次级空气喷嘴的水平上穿过燃烧室的水平截面视图；

图20示出了在次级空气喷嘴的水平上通过燃烧室的不同锅炉尺寸的三个水平截面视图，在这个截面中具有流的分布的细节；

图21示出了沿着图1的横截面线SL1的穿过生物质加热系统的不同锅炉尺寸的三个垂直横截面视图，在该视图中具有流的分布的细节。

具体实施方式

在下文中，本公开的各种实施例仅通过示例的方式参考附图被公开。然而，实施例和其中使用的术语不旨在将本公开限制于特定实施例，并且应当被解释为包括根据本公开的实施例的各种修改、等同物和/或替代物。

如果在对附图中所示的特征或元件的描述中使用更一般的术语，则对于本领域技术人员而言，不仅在附图中公开了特定特征或元件，而且公开了更一般的技术教导。

参考附图的描述，相同的附图标记可以在每个附图中用于指代相似或技术上对应的元件。此外，为了清楚起见，与在概览视图中相比，更多的元件或特征可以在单独的详细视图或截面视图中用附图标记示出。可以假设这些元件或特征也相应地在概览呈现中公开，即使它们没有明确地在那里列出。

应当理解，除非所讨论的上下文另外清楚地指出，否则对应于物体的名词的单数形式可以包括一个或多个事物。

在本公开中，诸如“A或B”、“A或/和B中的至少一个”或“A或/和B中的一个或多个”的表述可包括一起列出的特征的所有可能组合。本文所使用的诸如“第一”、“第二”、“初级”或“次级”的表述可表示不同的元件，而不管它们的顺序和/或含义如何，并且不限制对应的元件。当元件(例如，第一元件)被描述为“可操作地”或“通信地”耦接或连接到另一元件(例如，第二元件)时，该元件可直接连接到另一元件，或者可经由另一元件(例如，第三元件)连接到另一元件。

例如，在本公开中使用的术语“配置成”(或“设置”)可以用技术上可能的“适合于”、“适于”、“被做成”、“能够”或“设计成”来代替。可替代地，在特定情况下，表述“配置成……的装置”或“设置成”可以意味着该装置可以结合另一装置或部件来运行，或者执行对应的功能。

所有以“mm”给出的尺寸规格应被理解为指定值附近+-1mm的尺寸范围，除非明确地指定了另一个公差或其他范围。所有尺寸和规格都仅是示例性的。

应当注意的是，本发明的各个方面，例如，旋转炉篦、燃烧室或过滤装置与本文中的生物质加热系统单独或与其分别地公开为单独的部分或单独的装置。因此，对于本领域技术人员而言清楚的是，本文中单独地公开了各个方面或系统部分——即使在分离的情况下。在该情况下，系统的各个方面或部分特别地在由支架标记的子章节中公开。可以设想的是，这些单独的方面也可以被单独地要求保护。

此外，为了清楚起见，并非所有特征和元件都在附图中单独地指定，尤其是如果它们重复出现。相反，元件和特征各自通过示例的方式指定。然后，类似或等同元件应被如此理解。

(生物质加热系统)

图1示出了根据本发明的示例性实施例的生物质加热系统1的三维概览图。

在附图中，箭头V表示系统1的前视图，箭头S表示系统1在附图中的侧视图。

生物质加热系统1具有被支撑在锅炉基部12上的锅炉11。锅炉11具有例如由钢板制成的锅炉壳体13。

在锅炉11的前部中，具有燃烧装置2(未示出)，其可以经由具有闸板21的第一维护开口到达。用于旋转炉篦25(未示出)的旋转机构安装件22支撑旋转机构23，旋转机构23可以用于将驱动力传递到旋转炉篦25的轴承轴81。

在锅炉11的中心部分中有热交换器3(未示出)，该热交换器3可以从上方经由带有闸板31的第二维护开口到达。

在锅炉11的后部是可选的过滤器装置4(未示出)，该过滤器装置4具有由绝缘电极支撑件43悬挂的电极44(未示出)，绝缘电极支撑件43由电极供应管线42供电。来自生物质加热系统1的废气经由废气出口41排放，废气出口41根据流而布置在过滤器装置4的下游。在此可以设置风扇。

再循环装置5设置在锅炉11的下游，以使一部分废气再循环通过再循环管道51、53和54以及挡板52，以用于冷却燃烧过程并在燃烧过程中重新使用。

此外，生物质加热系统1具有燃料供应6，燃料通过燃料供应6以受控方式从旋转炉篦25上的侧面输送到初级燃烧区26中的燃烧装置2。燃料供应6具有带有燃料供应开口/端口65的旋转阀61，旋转阀61具有带有控制电子器件的驱动电动机66。由驱动电动机66驱动的轴62驱动平移机构63，平移机构63可驱动燃料进料螺杆67(未示出)，使得燃料在燃料进料通道64中馈送到燃烧装置2。

在生物质加热系统1的下部，设置有除灰/排放装置7，其具有位于由电动机72运行的排灰通道中的排灰螺杆71。

图2现在示出了通过图1的生物质加热系统1的横截面图，该图沿着横截面线SL1做出并且其如从侧视图S所见地示出。在对应的图3中，其示出了与图2相同的截面，为了清楚起见，示意性地示出了烟道气流和流体横截面。对于图3，应当注意的是，与图2相比，单独的区域被示出为暗淡。这仅仅是为了图3的清楚性以及流动箭头S5、S6和S7的可见性。

图2从左到右显示了锅炉11的燃烧装置2、热交换器3和(可选的)过滤器装置4。锅炉11支撑在锅炉基部/底座12上，并且具有多壁锅炉壳体13，水或其它流体热交换介质可以在多壁锅炉壳体13中循环。具有泵、阀、管道等的水循环装置14设置用于供应和排出热交换介质。

燃烧装置2具有燃烧室24，在燃烧室24中，燃料的燃烧过程在核心中发生。燃烧室24具有多件式旋转炉篦25，稍后将更详细地解释，燃料床28搁置在多件式旋转炉篦25上。多件式旋转炉篦25借助于多个轴承轴81可旋转地安装。

进一步参照图2，燃烧室24的初级燃烧区26由(多个)燃烧室砖29包围，由此燃烧室砖29限定初级燃烧区26的几何形状。(例如)初级燃烧区26沿水平横截面线A1的截面基本上是椭圆形的(例如380mm+-60mm×320mm+-60mm；应当注意的是，上述尺寸组合中的一些也可以产生圆形截面)。箭头S1示意性地表示来自次级空气喷嘴291的流，该流(这是纯示意性的)具有由次级空气喷嘴291引起的涡流以改善烟气的混合。

次级空气喷嘴291被设计为使得它们将次级空气(由燃烧室砖29预热)切向地引入具有椭圆形截面的燃烧室24(参见图19)。这产生了涡流或漩涡状的流S1，其以螺旋或螺旋形状大致向上延伸。换句话说，形成了向上延伸并且围绕竖直轴线旋转的螺旋流。

燃烧室砖29形成初级燃烧区26的内衬，储存热量并直接暴露于火中。因此，燃烧室砖29还保护燃烧室24的其它材料，例如铸铁，免受燃烧室24中直接暴露于火焰的影响。燃烧室砖29优选地适应于炉篦25的形状。燃烧室砖29还包括次级空气喷嘴或再循环喷嘴291，该次级空气喷嘴或再循环喷嘴291使烟气再循环到初级燃烧区26中以重新参与燃烧过程，并且特别地用于根据需要以进行冷却。在这方面，次级空气喷嘴291不朝向初级燃烧区26的中心定向，而是偏心定向以在初级燃烧区26中产生涡流(即，涡流和旋流，这将在后面更详细地讨论)。燃烧室砖29将在后面更详细地讨论。在锅炉管入口处设置有绝热件311。初级燃烧区26(和喷嘴)的椭圆形横截面形状以及次级空气喷嘴291的长度和位置有利地促进涡流的形成和维持——优选地直到燃烧室24的顶。

次级燃烧区27在燃烧室喷嘴291的水平面(功能上或燃烧方面)或在燃烧室喷嘴203的水平面(纯粹结构上或构造方面)处连接燃烧室26的初级燃烧区26，并限定燃烧室26的辐射部分。在辐射部分中，燃烧期间产生的烟气主要通过热辐射将其热能释放，特别是释放到位于热交换介质38的两个左室中的热交换介质。对应的烟气流在图3中仅仅作为示例由箭头S2和S3表示。这些涡流也可能包括轻微的回流或进一步的湍流，这并不仅仅由示意性箭头S2和S3表示。然而，基于箭头S2和S3，燃烧室24中的流动特性的基本原理对于本领域技术人员来说是清楚的或可计算的。

由次级空气喷射引起的明显的涡流或旋转或旋涡流(参见图20，其用于在次级喷嘴291的水平处开始开启涡流)形成在隔离或受限的燃烧室24中。特别地，椭圆形燃烧室几何形状24有助于确保涡流可以不受干扰或最佳地形成。

在离开再次成束的这些涡流的喷嘴203之后，出现蜡烛火焰形的旋转流S2(也参见图21)，其可有利地延伸到燃烧室顶204，从而更好地利用燃烧室24的可用空间。在这种情况下，涡流集中在燃烧室中心A2上，并且理想地利用次级燃烧区27的体积。进一步地，燃烧室喷嘴203对涡流的限制减轻了旋转流，从而产生湍流以改善空气-烟气混合物的混合。因此，由于燃烧室喷嘴203的限制或变窄而发生交叉混合。然而，流的旋转动量至少部分地保持在燃烧室喷嘴203上方，这保持了这些流到燃烧室顶204的传播。

次级空气喷嘴291因此以这样一种方式被整合到燃烧室24的椭圆形或卵形截面中，即，由于它们的长度和取向，它们引起涡流，这些涡流使烟气-次级空气混合物旋转，由此使得(再次通过与定位在上方的燃烧室喷嘴203相结合而增强)能够用最小的过量空气并且因此用最大效率来完全燃烧。这还在图19至图21中示出。

次级空气供给以这样的方式设计，使得其通过围绕热燃烧室砖29流动来冷却热燃烧室砖29，并且轮到次级空气自身被预热，从而加速了烟气的燃尽率并确保了燃尽的完全性，即使在极端部分负荷(例如，标称负荷的30％)下也是如此。

第一维护开口21用隔热材料(例如VermiculiteTM)隔热。本发明的次级燃烧区27布置成确保烟气的燃尽。次级燃烧区27的具体几何设计将在后面更详细地讨论。

在次级燃烧区27之后，烟气流入热交换装置3，该热交换装置3具有一束彼此平行设置的锅炉管32。现在烟气在锅炉管32中向下流动，如图3中箭头S4所示。该流动部分也可称为对流部分，因为烟气的散热基本上通过强制对流在锅炉管壁处发生。由于热交换介质中，例如水中锅炉11中产生的温度梯度，建立了水的自然对流，这有利于锅炉水的混合。

弹簧湍流器36和螺旋或带状湍流器37布置在锅炉管32中，以提高热交换装置4的效率。这将在后面更详细地解释。

锅炉管32的出口分别通过反向室入口34打开。-进入转动室35的入口。如果没有提供过滤装置4，烟气在锅炉11中再次向上排放。图2和图3示出了可选的过滤器装置4的另一个示例。在转动室35之后，烟气向上反馈到过滤器装置4中(见箭头S5)，在该示例中，过滤器装置4是静电过滤器装置4。可以在过滤器装置4的入口44处设置流挡板，其使得烟气流均匀流到过滤器中。

静电集尘器或静电除尘器是用于基于静电原理从气体中分离颗粒的装置。这些过滤装置特别地用于废气的电清洁。在静电除尘器中，灰尘颗粒通过喷雾电极的电晕放电而带电，并且被吸引到带相反电荷的电极(集电极)。电晕放电发生在适于该目的的静电除尘器内部的带电高压电极(也称为喷雾电极)上。电极优选地设计有突出的尖端和可能的锋利边缘，因为场线的密度以及因此电场强度在那里最大，并且因此电晕放电是有利的。相对的电极(除尘电极)通常由围绕电极支撑的接地的废气管部分组成。静电除尘器的分离效率具体地取决于废气在过滤系统中的停留时间和喷雾电极和分离电极之间的电压。为此所需的整流高压由高压产生装置(未示出)提供。高压产生系统和用于电极的保持器必须被保护免受灰尘和污染，以防止不需要的泄漏电流并且延长系统1的使用寿命。

如图2所示，杆状电极45(其优选地成形为类似于细长的板状钢弹簧，参见图15)大致居中地支撑在过滤器装置4的大致烟囱形内部中。电极45至少基本上由高质量弹簧钢或铬钢制成，并且由电极支撑件43/电极保持器43经由高压绝缘体(即，电极绝缘体46)支撑。

(喷雾)电极45以能够振荡的方式向下悬挂到过滤器装置4的内部。例如，电极45可以横向于电极45的纵向轴线来回振荡。

笼48同时用作过滤器装置4的对电极和清洁机构。笼48接地或者连接至大地电位。主要的电位差过滤在过滤器装置4中流动的废气，参见箭头S6，如上所描述。在清洁过滤器装置4的情况下，电极45被断电。笼48优选地具有八边形的规则的横截面轮廓，如例如在图13的视图中可见。笼48可优选地在制造期间被激光切割。

在离开热交换器3之后，烟气流过转动室34进入过滤器装置4的入口44。

这里，(可选)过滤器装置4可选地完全集成在锅炉11中，由此面向换热器3并被换热介质冲洗的壁表面也用于从过滤器装置4的方向进行换热，因此进一步提高了系统1的效率。因此，过滤器装置4的壁的至少一部分可以被换热介质冲洗，由此该壁的至少一部分被锅炉水冷却。

在过滤器出口47处，得到清洁的废气如箭头S7所示流出过滤器装置4。在离开过滤器之后，废气的一部分经由再循环装置5返回到初级燃烧区26。这也将在后面更详细地解释。废气的剩余部分经由废气出口41被引导出锅炉11。

灰分去除装置7/灰分排放装置7布置于锅炉11的下部中。经由灰分排放螺杆71，灰分分离且(例如)从燃烧室24、锅炉管32脱落，并且过滤器装置4从锅炉11横向排放。

使用CFD模拟计算该实施方式的燃烧室24和锅炉11。此外，进行现场实验以确认CFD模拟。考虑的起始点是计算100kW(千瓦)锅炉，但是考虑了20-500kW的功率范围。

CFD模拟(CFD＝计算流体动力学)是流动和热传导过程的空间和时间分辨模拟。流过程可以是层流的和/或湍流的，可以伴随化学反应发生，或者可以是多阶段系统。CFD模拟因此良好地适合作为设计和优化工具。在本发明中，使用了CFD模拟以解决本发明的上述任务的方式优化流体参数。特别地，结果是，锅炉11、燃烧室24、次级空气喷嘴291和燃烧室喷嘴203的机械设计和尺寸大部分由CFD模拟限定，并且也由相关的实际实验限定。模拟结果基于考虑了热传递的流模拟。来自这样的CFD模拟的结果的示例在图20和图21中示出。

生物质加热系统1和锅炉11的上述部件是CFD模拟的结果，下面将更详细地描述。

(燃烧室)

燃烧室形状的设计是重要的，以便能够符合任务特定的要求。燃烧室形状或几何形状旨在实现在烟道气管道的横截面上的流的最好的可能湍流混合和均质化、燃烧体积的最小化、以及过量空气和再循环率(效率、运行成本)的减少、CO和CxHx排放物、NOx排放物的减少、灰尘排放物、局部温度峰值(结垢和成渣)的减少、以及局部烟气速度峰值(材料应力和侵蚀)的减少。

图4是图2的局部视图，并且图5是沿着竖直横截面线A2穿过锅炉11的剖视图，描绘了燃烧室几何结构，其满足在例如20至500kW的宽功率范围内的生物质加热系统的上述要求。此外，竖直横截面线A2也可以被理解为椭圆形燃烧室24的中心或中央轴线。

图3和图4中给出的以及经由CFD计算和实际实验为具有大约100kW的示例性锅炉确定的尺寸详细如下：

BK1＝172mm+-40mm,优选地+-17mm；

BK2＝300mm+-50mm,优选地+-30mm；

BK3＝430mm+-80mm,优选地+-40mm；

BK4＝538mm+-80mm,优选地+-50mm；

BK5＝(BK3-BK2)/2＝例如65mm+-30mm,优选地+-20mm；

BK6＝307mm+-50mm,优选地+-20mm；

BK7＝82mm+-20mm,优选地+-20mm；

BK8＝379mm+-40mm,优选地+-20mm；

BK9＝470mm+-50mm,优选地+-20mm；

BK10＝232mm+-40mm,优选地+-20mm；

BK11＝380mm+-60mm,优选地+-30mm；

BK12＝460mm+-80mm,优选地+-30mm。

通过这些值，在该情况下，燃烧室24的初级燃烧区26和次级燃烧区27的几何形状均得到优化。指定的尺寸范围是与指定的精确值一样(大致)满足要求的范围。

优选地，初级燃烧区26和燃烧室24的室几何形状(或燃烧室24的初级燃烧区26的内部容积)可以基于以下基本参数来限定：

体积具有380mm+-60mm(优选+-30mm)×320mm+-60mm(优选+-30mm)的尺寸以及538mm+-80mm(优选+-50mm)的高度的椭圆形水平基部。

上述尺寸数据也可以应用于相对于彼此缩放的其它输出等级(例如，50kW或200kW)的锅炉。

作为其进一步的实施例，上面限定的容积可包括设置在燃烧室24的次级燃烧区27中的呈燃烧室喷嘴203形式的上部开口，该上部开口包括突出到次级燃烧区27中的燃烧室斜面202，燃烧室斜面202优选地包括热交换介质38。燃烧室斜面202减小次级燃烧区27的截面面积。在此，燃烧室斜面202相对于假想的水平或直的设置的燃烧室顶H以至少5％的角度k，优选地以至少15％的角度k，且甚至更优选地以至少19％的角度k来提供(参见图4中的水平虚线H)。

另外，燃烧室顶204还设置成沿入口33的方向向上倾斜。因此，次级燃烧区27中的燃烧室24具有燃烧室顶204，燃烧室顶204设置成沿热交换器3的入口33的方向向上倾斜。该燃烧室顶204至少大致笔直或笔直地延伸，并且在图2的截面中倾斜。笔直或平坦的燃烧室顶板204相对于(假想)水平面的倾斜角度可优选为4度至15度。

对于燃烧室顶204，在燃烧室24中在入口33前方设置另一(顶)斜面，该斜面与燃烧室斜面202一起形成漏斗。该漏斗使向上的旋流或涡流转向侧面，并将该流近似地重新导向水平。由于湍流的已经有的向上的流和入口33前方的漏斗形状，确保所有的热交换器管32或锅炉管32均匀地流动通过，从而确保所有锅炉管32中烟气的均匀分布的流。这相当大地优化了热交换器3中的热传递。

特别地，与对流锅炉中的入口的几何形状的组合类似的、次级燃烧区中的垂直和水平斜面203、204的组合，可实现烟道气到对流锅炉管的均匀分布。

燃烧室斜面202用于使流动S3在热交换器3的方向上均匀化，并且因此使进入锅炉管32的流均匀化。这确保了烟气尽可能均匀地分布到各个锅炉管，以便优化那里的热传递。

特别地，锅炉的斜面与入口横截面的组合使烟道气流旋转，使得烟道气流或流尽可能均匀地分配到相应的锅炉管32。

在现有技术中，通常存在具有矩形或多边形燃烧室和喷嘴的燃烧室，然而，燃烧室和喷嘴的不规则形状及其相互作用是对均匀化空气分布和空气与燃料的良好混合以及因此而来的良好的燃尽的另一障碍，如目前所认识到的那样。特别地，在燃烧室的角几何形状的情况下，产生了流螺纹或优先流，这不利地导致换热器管32中的不均匀的流。

因此，在该情况下，燃烧室24设置为没有死角或死边。

因此，可以意识到燃烧室的几何形状(以及锅炉中的整个流路)在优化生物质加热系统1的考虑中起到重要作用。因此，选择了本文描述的没有死角的基本椭圆形或圆形几何形状(与通常的矩形或多边形或纯圆柱形形状不同)。此外，燃烧室的这种基本几何形状及其设计也通过上面给出的尺寸/尺寸范围进行优化。这些尺寸/尺寸范围以这样的方式选择，即，特别是具有不同质量(例如，具有不同的水含量)的不同燃料(木屑和颗粒)可以非常高的效率燃烧。这是现场测试和CFD模拟显示的。

特别地，燃烧室24的初级燃烧区26可包括容积，该容积优选地在其外周边中具有椭圆形或近似圆形的水平横截面(这种横截面在图2中由A1以示例的方式示出)。该水平横截面可进一步优选地表示燃烧室24的初级燃烧区26的覆盖区。在由双箭头BK4指示的高度上，燃烧室24可具有近似恒定的横截面。在这方面，初级燃烧区24可具有近似椭圆圆柱形的容积。优选地，初级燃烧区26的侧壁和底表面(炉篦)可彼此垂直。在这种情况下，上述斜面203、204可一体地设置为燃烧室24的壁，其中斜面203、204形成通向热交换器33的入口33的漏斗，其中它具有最小的横截面。

上文使用的术语“近似”是因为当然可能存在由于设计或小的不对称性而导致的单独的槽口、偏差，例如在单独的燃烧室砖29彼此过渡的情况下。然而，这些微小偏差在流的方面仅起到很小的作用。

燃烧室24的水平截面，且特别是燃烧室24的初级燃烧区26的水平截面同样可优选为规则设计。此外，燃烧室24的水平截面，且特别是燃烧室24的初级燃烧区26的水平截面可优选为规则(和/或对称)椭圆。

额外地，初级燃烧区26的水平横截面(外周)可以设计成在预定高度(例如20cm)上恒定。

因此，在本情况下，提供了燃烧室24的椭圆圆柱形初级燃烧区26，根据CFD计算，与现有技术的矩形燃烧室相比，椭圆圆柱形初级燃烧区26使燃烧室24中的空气分布更均匀更好。没有死区还避免了燃烧室中具有较差的空气流的区域，这提高了效率并减少了熔渣的形成。

类似地，燃烧室24中的喷嘴203构造为椭圆形或近似圆形的收缩部，以进一步优化流条件。由根据本发明的特别设计的次级空气喷嘴291引起的上述初级燃烧区26中的流的涡流，导致向上定向的大致螺旋或螺旋的流模式，由此相等的椭圆形或近似圆形的喷嘴有利于该流模式，并且不像常规的矩形喷嘴那样干扰该流模式。该优化的喷嘴203以旋转方式集中向上流动的烟气-空气混合物，并且确保次级燃烧区27中的涡流的更好的混合、保持，并且因此完全燃烧。这还使所需的过量空气最小化。这改善了燃烧过程并且提高了效率。

因此，特别地，上面解释的(并且在下面对图19的参考中再次解释的)次级空气喷嘴291和由此用优化的喷嘴203引起的涡流的组合用于集中向上旋转的烟气/空气混合物。这在次级燃烧区27中提供至少接近完全的燃烧。

因此，穿过喷嘴203的涡流被聚焦并被向上引导，从而使该流比现有技术中常见的更向上延伸。这是由喷嘴203所迫使的气流到旋转或旋流中心轴的涡流距离的减小(类似地，螺旋效果的物理学)引起的，如技术人员从关于角动量的物理学定律中显而易见的。

此外，在本发明中优化了次级燃烧区27中和从次级燃烧区27到锅炉管32的流模式，如在下文中更详细地解释。

根据CFD计算，图4的燃烧室斜面202(其也可在图2和图3中在无参考标记的情况下看到，且其中，燃烧室25(或其横截面)从底部到顶部至少大致线性地渐缩)确保了在热交换器4的方向上的烟气流的均匀性，这可改进其效率。在此，燃烧室25的水平横截面面积优选从燃烧室斜面202的开始到结束渐缩至少5％。在此情况下，燃烧室斜面202提供在燃烧室25的面向热交换装置4的侧上，且提供为在最大渐缩点处为圆形。在现有技术中，没有渐缩(以便不阻碍烟气流)的平行或直的燃烧室壁是常见的。此外，单独地或组合地，在入口33的方向上倾斜地向上延伸到水平的燃烧室顶204使次级燃烧区27中的涡流横向地偏转，从而使它们在流速分布上均衡。

壳管式热交换器上游的烟气流的流入或偏转被设计成尽可能避免不均匀地流入到管，这意味着各个锅炉管32中的温度峰值可保持较低，因此可改善热交换器4中的热传递(热交换器表面的最佳的可能的利用)。因此，热交换装置4的效率得到改善。

详细地，烟气的气体体积流以均匀的速度(即使在不同的燃烧条件的情况下)被引导通过倾斜的燃烧室壁203到达热交换器管或锅炉管32。倾斜的燃烧室顶204进一步增强了该效果，产生了漏斗效应。由此而来的结果是相关的各个锅炉管32热交换器表面的均匀的热分布，并且因此改善了热交换器表面的利用。因此，废气温度降低并且效率增加。流量分布，特别是在图3中所示的指示器线WT1处，比现有技术中显著地更均匀。线WT1表示用于热交换器3的入口表面。指示器线WT3指示了通过过滤器装置4的示例性的截面线，其中的流被设置为尽可能均匀或者被大致均匀地分布在锅炉管32的横截面上(除了别的以外，由于在通向过滤器装置4的入口处的流动挡板并且由于转动室35的几何形状)。通过过滤器装置3或最后的锅炉通道的均匀的流量使得绞合最小化，并且因此也优化了过滤器装置4的分离效率和生物质加热系统1中的热传递。

此外，点火装置201在燃料床28处设置在燃烧室25的下部中。这可以引起燃料的初始点火或再点火。它可以是点火装置201，是辉光点火器。点火装置有利地是静止的并且水平地偏移到引入燃料的地方的一侧。

此外，可以(可选地)在来自过滤器装置的烟道气的出口之后(即，在S7之后)设置λ探针(未示出)。λ传感器使得控制器(未示出)能够检测相应的热值。因此，λ传感器可以确保燃料和氧气供应之间的理想混合比。尽管燃料质量不同，但结果是实现了高效率和更高的效率。

图5所示的燃料床28示出了由于从图5的右侧供给燃料而产生的大致的燃料分布。

图4和图5中进一步示出了燃烧室喷嘴203，其中提供了次级燃烧区27，并且次级燃烧区27加速并集中了烟道气流。因此，烟道气流被更好地混合，并且可以在后燃烧区27或次级燃烧区27中更有效地燃烧。燃烧室喷嘴203的面积比在25％至45％的范围内，但优选地为30％至40％，并且例如对于100kW生物质加热系统1而言，理想地为36％+-1％(喷嘴203的测量的输入面积与测量的输出面积的比)。

因此，初级燃烧区26的燃烧室几何形状的前述细节连同次级空气喷嘴291和喷嘴203的几何形状构成本公开的有利的另一实施例。

(燃烧室砖)

图6示出了初级燃烧区26以及燃烧室24的具有旋转炉篦25的次级燃烧区27的独立部分的三维剖视图(从斜上方观察)，特别是燃烧室砖29的特殊设计的三维剖视图。图7示出了与图6对应的燃烧室砖29的分解图。图6和图7的视图可优选地设计成具有上述图4和图5的尺寸。然而，情况不一定如此。

燃烧室24的初级燃烧区26的室壁设置有模块化构造的多个燃烧室砖29，这尤其有利于制造和维护。特别地，通过移除单个燃烧室砖29的可能性有利于维护。

正向配合的凹槽261和凸出部262(在图6中，为了避免冗余，仅以示例的方式在每个附图中示出了其中的几个)设置在燃烧室砖29的支承表面/支撑表面260上，以形成机械的且大致气密的连接，再次防止破坏性的外来空气进入。优选地，两个至少大致对称的燃烧室砖的每个(可能除了用于次级空气或再循环废气的开口以外)形成完整的环。此外，三个环优选堆叠在彼此的顶部上，以形成椭圆形的圆柱形或可替代地至少近似圆形(后者未示出)的燃烧室24的初级燃烧区26。

另外三个燃烧室砖29设置为上端，其中环形喷嘴203由两个保持砖264(RetainingBricks264)支撑，保持砖264完全正向装配到上部环263上。凹槽261设置在所有支撑表面260上，用于合适的凸出部262和/或用于插入合适的密封材料。

优选地对称的安装块264可以优选地具有向内倾斜的斜面265以便于将飞扬的灰分扫到旋转炉篦25上。

燃烧室砖29的下部环263安置在旋转炉篦25的底板251上。灰分越来越多地沉积在燃烧室砖29的该下部环263之间的内边缘上，这因此有利地在生物质加热系统1的运行期间独立地且有利地密封该过渡部。

用于再循环喷嘴291或次级空气喷嘴291的开口设置在燃烧室砖29的中心环中。在这种情况下，次级空气喷嘴291至少大致设置在燃烧室砖29中的燃烧室24的相同(水平)高度处。

目前，设置燃烧室砖29三个环，因为这是制造以及维护的最有效方式。可替代地，可以设置2、4或5个这样的环。

燃烧室砖29优选由高温碳化硅制成，这使得它们高度耐磨。

燃烧室砖29设置为成形的砖。燃烧室砖29以这样的方式成形，使得燃烧室24的初级燃烧区26的内部容积具有椭圆形的水平横截面，从而避免了死点或死区，烟气-空气混合物不能正常地最佳地流动通过该死点或死区，因此存在于那里的燃料不能通过符合人体工程学的形状最佳地燃烧。由于燃烧室砖29的当前形状，通过炉篦25的初级空气流(其也适合于燃料在炉篦25上的分布)和无阻碍涡流的可能性得到改善；并且因此，燃烧的效率得到改善。

燃烧室24的初级燃烧区26的椭圆形水平截面优选为点对称和/或规则的椭圆形，其具有最小内径BK3和最大内径BK11。这些尺寸是使用CFD模拟和实际测试来优化燃烧室24的初级燃烧区26的结果。

(旋转炉篦)

图8示出了从图2的横截面线A1观察的旋转炉篦25的顶视图。

图8的俯视图可优选地设计成具有上文列出的尺寸。然而，情况不一定如此。

旋转炉篦25具有作为基部元件的底板251。过渡元件255设置在底板251的大致椭圆形的开口中以桥接在可旋转地支承的第一旋转炉篦元件252、第二旋炉篦排元件253和第三旋转炉篦元件254之间的间隙。因此，旋转炉篦25设置为具有三个单独元件的旋转炉篦，即，这也可称为三重旋转炉篦。空气孔设置在旋转炉篦元件252，253和254中以用于初级空气流过。

旋转炉篦元件252、253及254是平坦且耐热的金属板，例如由金属铸件制成，该金属板在其上侧上具有至少大致平坦的构造表面，且在其下侧上例如经由中间支撑元件连接到轴承轴81。当从上方观察时，旋转炉篦元件252、253及254具有弯曲且互补的侧面或轮廓。

特别地，旋转格栅元件252、253、254可以具有相互互补且弯曲的侧面，优选地第二旋转炉篦元件253具有相对于相邻的第一和第三旋转炉篦元件252、254凹入的相应侧面，并且优选地第一和第三旋转炉篦元件252、254具有相对于第二旋转炉篦元件253凸出的相应侧面。这改进了旋转炉篦元件的破碎功能，因为裂缝的长度增加并且用于破碎的力(类似于剪刀)以更有针对性的方式起作用。

当在平面图中一起观察时，旋转炉篦元件252、253和254(以及它们以过渡元件255形式的包围)具有近似椭圆的外部形状，这再次避免了此处的死角或死空间，其中可能发生不太理想的燃烧或灰分可能不期望的积聚。旋转炉篦元件252、253和254的该外部形状的最佳尺寸由图8中的双箭头DR1和DR2指示。优选地，但并非排他地，DR1和DR2被定义如下：

DR1＝288mm+-40mm，优选地+-20mm

DR2＝350mm+-60mm，优选+-20mm

这些值是CFD模拟和随后的实际试验中的最佳值(范围)。这些尺寸对应于图4和图5的尺寸。这些尺寸对于在20-200kW的功率范围内燃烧不同的燃料或燃料类型的木屑和颗粒(混合燃烧)是特别有利的。

在这种情况下，旋转炉篦25具有椭圆形燃烧区域，其比常规矩形燃烧区域更有利于燃料分配、燃料空气流和燃料燃耗。燃烧区域258由旋转炉篦元件252，253和254(在水平状态中)的表面在芯中形成。因此，燃烧区域为旋转炉篦元件252，253和254的面向上的表面。当这施加或推动到旋转炉篦25的侧面上时，该椭圆形燃烧区域有利地对应于燃料支撑面(参见图9，图10和图11的箭头E)。具体而言，可从平行于旋转炉篦25的椭圆形燃烧区域的较长中心轴线(长轴)的方向供应燃料。

第一旋转炉篦元件252和第三旋转炉篦元件254在它们的燃烧区域258可优选地相同。进一步地，第一旋转炉篦元件252和第三旋转炉篦元件254的构造可相对而彼此相同或相同。这可以在例如图9中看到，其中第一旋转炉篦元件252和第三旋转炉篦元件254具有相同的形状。

此外，第二旋转炉篦元件253布置在第一旋转炉篦元件252和第三旋转炉篦元件254之间。

优选地，旋转炉篦25设有大致点对称的椭圆形燃烧区域258。

类似地，旋转炉篦25可形成近似椭圆形的燃烧区域258，其中DR2是其长轴的尺寸且DR1是其短轴的尺寸。

此外，旋转炉篦25可具有大致椭圆形的燃烧区域258，燃烧区域258关于燃烧区域258的中心轴线轴对称。

此外，旋转炉篦25可具有大致圆形的燃烧区域258，但这在燃料供给和分配中引起较小的缺点。

此外，提供旋转机构23的两个电动机或驱动器231以相应地旋转炉篦元件252，253和254。示出的旋转炉篦25的具体功能和优点的更多细节将在后面参考图9，图10和图11描述。

特别是在颗粒和木片加热系统中(并且特别是在混合生物质加热系统中)，由于在燃烧室24中，特别是在旋转炉篦25上形成炉渣，可能越来越多地发生故障。每当在灰分中达到高于灰分熔点的温度时，在燃烧过程期间形成炉渣。然后灰分软化，粘在一起，并且在冷却后形成固体，并且通常是深色的炉渣。这个过程，也称为烧结，在生物质加热系统1中是不希望的，因为炉渣在燃烧室24中的积聚可能导致其故障，即：它会关机。燃烧室24通常必须打开，并且炉渣必须被移除。

灰分熔化范围(这从烧结点延伸到屈服点)非常显著地取决于所使用的燃料材料。云杉木材例如具有大约1200℃的临界温度。但是燃料的灰分熔化范围也可能受到强烈的波动。根据木材中所含的矿物质的量和成分，灰分在燃烧过程中的行为发生变化。

能够影响炉渣形成的另一个因素是木质颗粒或木屑的运输和存储。这些木质颗粒或木屑应当尽可能不受损坏地进入燃烧室24。如果木质颗粒在进入燃烧过程时已经破碎，这增加了辉光床的密度。结果是，将会形成更多的炉渣。特别地，从存储室到燃烧室24的运输在这里是至关重要的。特别长的路径以及弯曲和角度将会导致木质颗粒的损坏或磨损。

另一个因素涉及燃烧过程的管理。直到现在，目的依然是保持相当高的温度，以便实现最好的可能燃尽和低排放。通过优化燃烧室几何形状和旋转炉篦25的燃烧区域258的几何形状，可以保持在炉篦处较低但次级空气喷嘴291的区域中较高的燃烧温度，从而减少炉篦处的熔渣形成。

此外，由于本发明的旋转炉篦25的特定形状和功能，可有利地移除所得炉渣(以及灰分)。现在将参照图9、图10和图11更详细地解释这一点。

图9、图10和图11示出了旋转炉篦25的三维视图，旋转炉篦包括底板251、第一旋转炉篦元件252、第二旋转炉篦元件253和第三旋转炉篦元件254。图9、图10和图11的视图可优选对应于上文给定的尺寸。然而，情况不一定如此。

该视图将旋转炉篦25示出为具有旋转炉篦机构23和驱动器231的暴露的滑入式部件。旋转炉篦25以这样的方式机械地设置，使得其可以模块化系统的方式单独地预制，并且可以作为滑入部件插入和安装在锅炉11的所设置的细长开口中。这也有利于维护这种易磨损部件。以这种方式，旋转炉篦25可以优选地具有模块化设计，由此其可以作为具有旋转炉篦机构23和驱动器231的完整部件快速且有效地移除和再插入。模块化旋转炉篦25因此也可以通过快速释放紧固件组装和拆卸。相比之下，现有技术的旋转炉篦规则地固定地安装，并且因此难以维护或安装。

驱动器231可包括两个可单独控制的电动机。这些优选设置在旋转炉篦机构23的侧面上。电动机可具有减速齿轮。此外，可提供端部止挡开关以分别为旋转炉篦元件252，253和254的端部位置提供端部止挡。

旋转炉篦机构23的各个部件被设计成可互换的。例如，齿轮被设计成可附接的。这有利于维护，并且如果有需要，还有利于在组装期间机构的侧向改变。

前述开口256设置在旋转炉篦25的旋转炉篦元件252、253和254中。旋转炉篦元件252、253和254可以经由其相应的轴承轴81围绕相应的轴承或旋转轴81旋转至少90度，优选地至少120度，甚至更优选地170度，该轴承轴81由驱动器231(目前是两个电动机31)经由旋转机构23驱动。此处，旋转的最大角度可以是180度，或略小于180度，如由炉篦唇缘257所允许的。在这方面，旋转机构23布置成使得第三旋转炉篦元件254可以单独地且独立于第一旋转炉篦元件252和第二旋转炉篦元件243旋转，并且使得第一旋转炉篦元件252和第二旋转炉篦元件243可以一起且独立于第三旋转炉篦元件254旋转。因此，旋转机构23可以例如借助于叶轮、有齿或传动带和/或齿轮提供。

旋转炉篦元件252、253和254可优选地制造为具有激光切割的铸造炉篦以确保准确的形状的保持。这尤其是为了尽可能精确地限定穿过燃料床28的空气流，且避免干扰空气流，例如在旋转炉篦元件252、253和254的边缘处的空气束。

旋转炉篦元件252、253和254中的开口256布置成足够小以用于常见的颗粒材料和/或木屑不掉落，且足够大以用于燃料与空气一起很好地流动。此外，开口256足够大以被灰分颗粒或杂质(例如，燃料中没有石头)阻挡。

图9现在示出了处于闭合位置的旋转炉篦25，其中所有旋转炉篦元件252，253和254均水平对齐或闭合。这是控制模式中的位置。多个开口256的均匀布置确保了燃料的均匀的流通过旋转炉篦25上的燃料床28(其在图9中未示出)。在这方面，可在此产生最佳燃烧条件。燃料从箭头E的方向施加到旋转炉篦25；在这方面，燃料从图9的右侧被向上推到旋转炉篦25上。

在运行期间，灰分和/或炉渣堆积在旋转炉篦25上，特别是在旋转炉篦元件252、253和254上。本发明的旋转炉篦25可用于有效清洁旋转炉篦25。

图10示出了处于灰烬维护模式中的旋转炉篦25的部分清洁状态的旋转炉篦。出于该目的，仅旋转第三旋转炉篦元件254。通过仅旋转三个旋转炉篦元件中的一个，灰烬保持在第一旋转炉篦元件252和第二旋转炉篦元件253上，同时允许灰烬和炉渣向下落出燃烧室24。因此，不需要外部点火来恢复运行(这节省了高达90％的点火能量)。另一结果是减少了点火装置(例如，点火棒)的磨损并节省了电力。此外，可有利地在生物质加热系统1的运行期间执行灰分清洁。

图10还示出了在(通常已经足够)部分清洁期间的退火的条件。因此，系统1的运行可以有利地更连加续，这意味着与常规炉篦的通常的完全清洁相比，不需要可能的、需要花费数十分钟的漫长的完全点火。

此外，在第三旋转炉篦元件254的两个外边缘处的潜在熔渣形成或堆积是在其旋转期间(破碎的)，其中，由于第三旋转炉篦元件254的弯曲的外边缘，剪切不仅发生在比现有技术的常规矩形元件的更大的总长度上，而且发生在相对于外边缘的运动的不均匀分布(在中心处发生比在下部边缘和上部边缘处更大的运动)的情况下。因此，旋转炉篦25的压碎功能被显著增强。

在图10中，可见第二旋转炉篦元件253的炉篦唇缘257(在两侧上)。这些炉篦唇缘257以这样的方式布置，使得第一旋转炉篦元件252和第三旋转炉篦元件254在其闭合状态中置于炉篦唇缘257的上部侧，并且因此旋转炉篦元件252、253和254被设置成彼此没有间隙，并且因此以密封的方式设置。这防止空气束和不需要的不均匀的初级空气流过辉光床。有利地，这改善了燃烧的效率。

图11示出了处于通用清洁状态的旋转炉篦25，其优选在系统停机期间进行。在这种情况下，所有三个旋转炉篦元件252，253和254旋转，其中第一和第二旋转炉篦元件252，253优选在与第三旋转炉篦元件254相反的方向上旋转。一方面，这实现了旋转炉篦25的完全排空，并且另一方面，现在在四个奇数外边缘处分解灰分和炉渣。换句话说，实现了有利的四重破碎功能。上文关于外边缘的几何形状已经参照图9进行了解释，其也适用于图10。

总之，除了正常运行(参见图9)之外，本发明的旋转炉篦25有利地实现了两种不同类型的清洁(参见图10和图11)，其中部分清洁允许在系统1的运行期间进行清洁。

相比之下，市售的旋转炉篦系统不符合人体工程学，并且由于其矩形几何形状，其具有不利的死角，在这些死角中初级空气不能最佳地流过燃料，这可能导致空气束形成。在这些角处也发生结渣。这些点提供了较差的燃烧和较差的效率。

旋转炉篦25的简单的机械设计使其坚固、可靠且耐用。

(热交换器)

为了优化热交换器3，与上述燃烧室几何形状协同地再次执行CFD模拟和现场测试。还检查了弹簧湍流器或带状湍流器或两者的组合在什么程度上可以提高热交换过程的效率，但同时不会导致热交换器3中的压力损失变得太大。湍流器增加锅炉管32中的湍流的形成，从而降低流速，增加烟道气在锅炉管32中的停留时间，且因此增加热交换的效率。具体而言，流的边界层在管壁处被打碎，从而提高热传递。然而，流的湍流越多，压降越大。

此外，对于与烟道气接触的所有表面，考虑了轻的污染(所谓的具有1mm厚度的污垢)。这样的污垢层的发射率被假定为0.6。

图12示出了该优化的结果，图12是图2的详细剖视图。

热交换器3具有竖直布置的一捆锅炉管32，优选地，每个锅炉管32具有弹簧和带状或螺旋状湍流器。相应的弹簧湍流器36优选地沿着相应的锅炉管32的整个长度延伸并且是弹簧状的。相应的带状湍流器37优选地在相应的锅炉管32的长度的大约一半上延伸并且具有在锅炉管32的轴向方向上螺旋延伸的、材料厚度为1.5mm至3mm的带。此外，相应的带状湍流器37也可以是相应的锅炉管32的长度的约35％至65％。相应的带湍流器37优选地布置成一端位于相应的锅炉管32的下游端处。弹簧和带状或螺旋状湍流器的组合也可以被称为双湍流器。带状和螺旋状湍流器在图12中示出。在本发明的双湍流器中，带状湍流器37位于弹簧湍流器36内。

设置带状湍流器37是因为带状湍流器37增强了锅炉管32中的湍流效应，并且当从管的横截面观察时产生更均匀的温度和速度分布，而在没有带状湍流器的情况下，管将优选地在管的中心形成具有更高速度的热条纹，该热条纹将继续到达锅炉管32的出口，这将不利地影响热传递的效率。因此，位于锅炉管32底部的带状湍流器37改善了对流的热传递。

作为最佳优选实施例，可以使用22个直径为76.1mm且壁厚为3.6mm的锅炉管。

在此情况下，压降可小于25Pa。在此情况下，弹簧湍流器36理想地具有65mm的外径、50mm的节距以及10×3mm的轮廓。在此情况下，带状湍流器37可具有43mm的外径、150mm的节距以及43×2mm的轮廓。带状湍流器的片厚度可为2mm。

通过18至24个锅炉管实现良好的效率，该锅炉管的直径为70至85mm，壁厚为3至4.5mm。可以使用具有适当调整的弹簧和带状湍流器。

然而，为了获得足够的效率，可以使用直径在60mm至80mm之间且壁厚为2mm至5mm的14个与28个之间的锅炉管32。在这些情况下，压降可以在20Pa至40Pa之间，因此可以认为是正的。弹簧和带状湍流器36、37的外径、节距和轮廓被设置成合适。

锅炉管32出口处的期望目标温度在额定功率下可优选地在100至160摄氏度之间。

(用于锅炉的清洁装置)

图13示出了清洁装置9，热交换器3和过滤器装置4都可以利用该清洁装置9自动地(ab-)清洁。图13描述了来自锅炉11的清洁装置，出于说明性目的而突出显示。清洁装置9涉及整个锅炉11，并且因此涉及锅炉11的对流部分以及最后的锅炉通路，静电过滤器装置4可以可选地集成在该最后的锅炉通路中。

清洁装置9具有两个清洁驱动器91，优选电动机，其可旋转地驱动两个清洁轴92，该两个清洁轴92又被安装在轴保持器93中。优选地，清洁轴92也可以与之类似地可旋转地安装在其他位置，诸如在远端。清洁轴92具有凸出部94，过滤器装置4的笼48和湍流器保持器/支架95经由接头或经由枢轴轴承被连接到凸出部94。

湍流器安装件95在图14中被突出显示并被放大示出。湍流器保持件95具有梳状构造并且优选地是水平对称的。此外，湍流器保持件95被形成为在厚度方向D上具有2mm至5mm之间的材料厚度的平坦金属件。湍流器保持件95在其下侧具有两个枢转轴承容座951，用于连接到清洁轴92的凸出部94的枢转轴承轴颈(未示出)。枢转轴承容座951具有水平间隙，枢转轴承轴颈或枢转轴承联动装置955可以在该水平间隙中来回移动。竖直突出的凸出部952包括多个凹槽954，双湍流器36、37可以被固定在该多个凹槽中并且可以与该多个凹槽一起被固定。凹槽954可以被间隔开等于双湍流器36、37的齿轮间隔的距离。另外，用于烟气的通道953可以优选地被布置在湍流器支撑件95中，以优化从锅炉管32进入到过滤器装置4中的流。否则，平坦金属将与流成直角地竖立并过多地阻碍流。

此外，当安装包括螺旋湍流器(双湍流器)的相应的弹簧湍流器36时，螺旋通过其自身的重量自动地旋转到湍流器保持件95(其也可被称为接收杆)的容置部中，并因此被固定和拴紧。这显著地有助于组装。

图15和图16示出了处于两种不同状态的不带有笼48的清洁机构9。在这种情况下，可以更清楚地看到笼支架481。

图15显示了处于第一状态的清洁机构9，其中湍流器安装件95和笼式安装件481均处于下方位置。附接到清洁轴92中的一个的是具有撞击/止挡头97的双臂撞击/止挡杆96。可替代地，撞击器96可以设置有一个或多个臂。具有止挡头97的撞击杆96以这样的方式设置，即，其可以移动到(喷射)电极45的端部或者可以撞击到其上。

图16显示了处于第二状态的清洁机构9，其中湍流器安装件95和笼式安装件481均处于向上位置。

在从第一状态转换到第二状态(反之亦然)期间，清洁轴92借助于清洁驱动器91的旋转竖直地升高湍流器安装件95和笼安装件481二者经由凸出部952(和枢转连杆955)。这允许锅炉管32中的双湍流器36、37以及过滤器装置4的烟囱中的笼48上下移动，并且可以相应地从相应的壁清洁飞扬的灰分或类似物。

此外，具有止挡头97的撞击件96可在从第一状态到第二状态的转变期间撞击(喷雾)电极45的端部。在(喷雾)电极45的自由(即，未悬挂的)端部处的该撞击具有优于常规振动机构(其中电极通过其悬挂而移动)的优点，即，(喷雾)电极45可在通过撞击其本身激发之后根据其振动特性而振动(理想地，自由振动)。在此，止挡件的类型确定(喷雾)电极45的振荡或振荡模式。可从下方(即，从其纵向轴线方向或从其纵向方向)撞击(喷雾)电极45，以激发冲击波或纵向振荡。然而，(喷雾)电极45还可横向地撞击(在图15和图16中，例如，从箭头V的方向)，从而导致其横向地振荡。可替代地，(喷雾)电极45(如图15和图16中所示)可从略微横向偏移的方向在其端部处从下方撞击。在后一种情况下，(通过冲击)在(喷雾)电极45中产生多种不同类型的振动，这有利地叠加在清洁效果中，并且改善清洁效率。特别地，(喷雾)电极45的表面上的横向振动的剪切效果可改善清洁效果。

在这方面，冲击或冲击波可以在弹性弹簧电极45中沿电极45的纵向方向发生，电极45优选地设计为细长的板状杆。同样地，由于作用的横向力(其横向于或与电极45的纵向轴线方向成直角定向)，可能发生(喷射)电极45的横向振动。

同样地，可以同时产生若干类型的振动。特别地，冲击波和/或纵波与电极45的横向振动的组合可以再次导致电极45的改进的清洁。

结果是，在通过排放螺杆71将灰分去除到加热系统前部(未示出)的普通灰分盒中的过程中，可实施全自动清洁。同样，弹簧钢电极48可在不磨损且具有低噪音的情况下被清洁。

此外，清洁装置9以所述方式制造简单且便宜，并且具有简单且低磨损的结构。

此外，具有驱动机构的清洁装置9以这样的方式设置，即灰渣可有利地通过湍流器从锅炉管32的第一抽风中清除，并可落下。

此外，清洁装置9安装在锅炉11的下部，即所谓的“冷区”，这也减少了磨损，因为机械结构没有暴露在非常高的温度下(即，热负荷减小)。相反，在现有技术中，清洁机构安装在系统的上部区域，这将磨损增加到相应不利的程度。

常规的自动清洁还提高了系统1的效率，因为热交换器3的表面更清洁。同样，过滤器装置4可以更有效地工作，因为其表面也更清洁。这也是很重要的，因为过滤器装置4的电极比锅炉11的对流部分更快变脏。

在这种情况下，有利地，在锅炉11的运行期间或操作期间，还可以清洁过滤器装置4的电极。

(系统和锅炉部件的模块化)

优选地，生物质加热系统1以这样的方式设计，使得下部锅炉区域中的完整驱动机构(包括拥有旋转炉篦的旋转炉篦机构、热交换器清洁机构、用于移动地板的驱动机构、用于过滤装置的机构、清洁支架和驱动轴以及灰分排放螺杆)可以使用“抽屉原理”快速且有效地移除和重新插入。以上参考图9至图11示出了旋转炉篦25的实例。这有助于维护工作。

(辉光床高度测量)

图17示出了具有燃料水平挡板(fuel level flap)83的辉光床高度感测机构86(以凸雕(in relief)示出)。图18示出了图17的燃料水平挡板83的详细视图。

详细地，辉光床高度测量机构86包括用于燃料水平挡板83的旋转轴82。旋转轴82具有中心轴线832，并在一侧上具有用于保持旋转轴82的轴承槽口84，以及用于安装角传感器或旋转传感器(未示出)的传感器凸缘85。

旋转轴82优选地设置为六边形轮廓。燃料水平挡板83的安装可以设置成使得其包括具有内部六边形的两个开口834。这允许燃料水平挡板83被简单地推到旋转轴82上并固定在适当位置。此外，燃料液位挡片83可以是简单的金属板模制。

辉光床高度测量机构86设置在燃烧室24中，优选稍微偏离中心，在燃料床28或燃烧区域258上方，如果有燃料，则燃料水平挡板83响应于燃料而升高，这取决于燃料或燃料床28的高度，从而响应于燃料床28的高度而旋转旋转82的轴线。该旋转或旋转轴82的绝对角度可以/也可以由非接触式旋转和/或角度传感器(未示出)检测。因此，可以执行有效且稳健的辉光床高度测量。

燃料水平挡板83被设置成使得其相对于旋转轴82的中心轴线823倾斜。详细地，燃料水平挡板83的主表面831的平行表面(Surface Parallel)835可被布置成使得其相对于旋转轴82的中心轴线823成角度地设置。该角度可优选地在10度和45度之间。对于角度测量，应注意平行表面835和中心轴线823被认为在中心轴线823处相交(水平地投影)以形成角度。此外，平行表面835通常不平行于燃料水平挡板83的前缘而对准。

现在，进入燃烧室24的燃料供给6不会引起平坦的燃料分布，而是升高细长的斜坡。因此，利用倾斜的燃料水平挡板83和旋转轴82的中心轴线823平行于旋转炉篦25的表面的取向，适应了燃料的相当倾斜的分布，使得燃料水平挡板83的主表面/区域831可以平坦地位于燃料堆或燃料床28上。燃料水平挡板83的这种更平坦的支撑减少了由于燃料床28中的不规则性而导致的测量误差，并且提高了测量精度和更贴近人体工程学。

此外，通过上述燃料水平挡板83的几何形状，也可通过无接触式旋转和/或角度传感器来确定精确的辉光床高度，而不管不同或可变的燃料(木屑、颗粒)。符合人体工程学的倾斜形状理想地适应燃料，该燃料也相当倾斜地通过更坚固的螺旋输送器引入，并确保具有代表性的测量值。

通过辉光床高度测量，可以进一步准确地确定保持在旋转炉篦25的燃烧区域258上的燃料高度(和数量)，从而允许控制燃料供应和通过燃料床28的流，使得燃烧过程得以优化。

此外，该传感器的制造和组装简单且便宜。

(生物质加热系统1的流体设计)

图19示出了沿图5中的水平横截面线A6并穿过处于次级空气喷嘴291的水平面处的燃烧室的水平剖视图。

图19中给出的尺寸仅被理解为示例，并且仅用于阐明图3的技术教导，等等。

例如，次级空气喷嘴291的长度可以在40mm与60mm之间。例如，圆柱形或截头圆锥形次级空气喷嘴291的(最大)直径可以在20mm与25mm之间。

所示角度涉及最接近椭圆的较长主轴线的两个次级空气喷嘴291。该角度(例如26.1度)在次级空气喷嘴291的中心轴线与燃烧室24的椭圆的较长主轴线之间测量。该角度可以优选地在15度至35度的范围内。其余次级空气喷嘴291可以进一步设置有它们的中心轴线的角度，该角度在功能上对应于用于实现涡流(例如，相对于燃烧室壁24)的最接近椭圆的较长主轴线的两个次级空气喷嘴291的角度。

图19中示出了10个次级空气喷嘴291，它们被安排为使得它们的中心轴线或取向(用相应虚线(中心线)示出)相对于该燃烧室几何形状的椭圆形的(对称性)中心是偏心提供的。换言之，次级空气喷嘴291并不瞄准椭圆形燃烧室24的中心，而是越过其中心或中心轴线(在图4中标记为A2)。因此，中心轴线A2也可以被理解为关于椭圆形燃烧室几何形状24的对称轴线。

次级空气喷嘴291以这样的方式定向，即，它们将在水平面上观察的次级空气切向地引入燃烧室24中。换言之，次级空气喷嘴291各设置为用于次级空气的不指向燃烧室的中心的入口。额外地，这种切向入口也可以与圆形燃烧室几何形状一起使用。

所有次级空气喷嘴291都被定向成使得它们各自提供顺时针流或逆时针流。在这方面，每个次级空气喷嘴291可以有助于涡流的产生，其中每个次级空气喷嘴291具有类似的定向。相对于前述内容，应当注意的是，在异常情况下，单独的次级空气喷嘴291还可以被安排在中性定向(具有朝向中心的定向)或相反的定向(具有相反的定向)上，尽管这可能使该布置的流体效率恶化。

图20示出了在次级空气喷嘴291的水平面处通过图2和图4的燃烧室24的不同锅炉尺寸(50kW、100kW和200kW)的三个水平截面视图，其中详细示出了在相应标称负载情况下该截面中的流分布。

图20中的灰色等阴影粗略地表示流速相等的区域。通常，从图20中可以看出，次级空气喷嘴291会切向或偏心地影响喷嘴流，使其进入燃烧室24。

为了清楚起见，这些喷嘴流的相关流速在图20中作为示例明确地给出。可以看出，所得到的喷嘴流延伸到燃烧室24中相对远的地方，这可以用于产生覆盖燃烧室24的大部分体积的强涡流。

用于200kW锅炉尺寸的CFD计算的燃烧室24中的箭头表示由次级空气喷嘴291引入的涡流或涡流方向。这也类似地适用于图20中的其它两个锅炉尺寸(50kW，100kW)。作为示例，给出了右转涡流(从上方观察)。

次级空气(优选简单地为常温环境空气)经由次级空气喷嘴291被引入燃烧室24中。在这个过程中，在标称负载情况下，次级空气喷嘴中的次级空气被加速到在喷嘴中大于10m/s。与现有技术的次级空气开口相比，在燃烧室24中产生的空气射流的穿透深度增加，从而使得它足以引起延伸超过大部分燃烧室容积的有效涡流。

具有椭圆形(或甚至圆形)的燃烧室24的截面，空气进入燃烧室24的切向入口产生了相对的未受干扰的涡流，其也可称为涡流或涡流汇流。在此，形成涡流/螺旋流。这些螺旋流在燃烧室24中以螺旋或螺旋模式向上传播。

图21示出了沿着图1的横截面线SL1通过生物质加热系统的不同锅炉尺寸(50kW、100kW和200kW)的三个垂直横截面视图，其中具有次级喷嘴流切向进入该横截面的细节。

同样在图21中，相等的灰度级粗略地指示了流速相等的区域。通常，从图21中可以看出，蜡烛火焰形的旋转流S2(也参见图3)存在于次级燃烧区27中，其可以有利地延伸到燃烧室顶204。另外，可以看出，由于前面解释的入口33方向上的漏斗，通过锅炉管32的流在大约1-2m/s时非常均匀。关于上述的优点和技术背景，请参考图1至图4的解释。

(其它实施例)

除了所解释的实施例和方面之外，本发明还允许其它设计原理。因此，各种实施例和方面的各个特征也可以根据需要彼此组合，只要这对于本领域技术人员来说是显而易见的，因为其是可执行的。

此外，除了仅有三个旋转炉篦元件252，253和254以外，可以提供两个、四个或更多个旋转炉篦元件。例如，利用五个旋转炉篦元件，这些可以布置成具有与存在的三个旋转炉篦元件相同的对称性和功能。此外，旋转炉篦元件还可以彼此不同地成形或形成。更多个旋转炉篦元件具有增强的破碎功能的优点。

应当注意的是，也可以提供其它尺寸或尺寸的组合。

除了旋转炉篦元件252和254的凸出侧，也可提供其凹入侧，并且旋转炉篦元件253的侧面可依次具有互补的凸出形状。这在功能上近似等同。

尽管10(十)个次级空气喷嘴291在图19中指示出来，但可提供不同数量的次级空气喷嘴291(取决于生物质加热系统的尺寸)。

燃烧室24中的旋流或涡流可以顺时针或逆时针方向提供。

燃烧室顶204也可以设置成在多个区段中倾斜，例如以阶梯方式倾斜。

次级空气喷嘴291不限于燃烧室砖291中的纯圆柱形孔。这些次级空气喷嘴也可以呈截头圆锥形开口或腰部开口的形式。

次级(再)循环也可以仅供应有次级空气或新鲜空气，并且在这方面不再循环烟道气，而是仅供应新鲜空气。

关于示例性实施例给出的尺寸和数量应被理解为仅是示例性的。本文公开的该技术教导不限于这些尺寸，并且例如如果锅炉11(kW)的尺寸改变，则可以修改该技术教导。

除了木屑或颗粒之外的燃料可以用作生物质加热系统的燃料。

本文公开的生物质加热系统也可以仅用一种类型的燃料燃烧，例如仅用颗粒燃烧。

本文所公开的实施例是为了描述和理解所公开的技术问题而提供的，并且不旨在限制本公开的范围。因此，这应当被解释为意味着本公开的范围包括基于本公开的技术精神的任何修改或其他各种实施例。

(附图标记列表)

11 锅炉

12 锅炉底座

13 锅炉壳体

14 水循环装置

2 燃烧装置

21 用于燃烧装置的第一维护开口

22 旋转机构保持器

23 旋转机构

24 燃烧室

25 旋转炉篦

26 燃烧室的初级燃烧区

27 燃烧室的次级燃烧区或辐射部

28 燃料床

29 燃烧室砖

A1 第一水平横截面线

A2 椭圆形燃烧室24的第一竖直横截面线和竖直中心轴线

201 点火装置

202 燃烧室斜面

203 燃烧室喷嘴

204 燃烧室顶

231 旋转机构的驱动器或(多个)电动机

251 旋转炉篦的底板或基板

252 第一旋转炉篦元件

253 第二旋转炉篦元件

254 第三旋转炉篦元件

255 过渡元件

256 开口

257 铁锈唇缘(Rust lips)

258 燃烧区域

260 燃烧室砖的支撑表面

261 凹槽

262 凸出部(Lead)

263 环

264 保持石块(Retaining stones)

265 安装块的斜面

3 热交换器

31 用于热交换器的维护开口

32 锅炉管

33 锅炉管入口

34 转动室入口/入口

35 转动室

36 弹簧湍流器

37 带状或螺旋湍流器

38 热交换介质

4 过滤装置

41 废气出口

42 电极供给线

43 电极保持器

44 过滤器入口

45 电极

46 电极绝缘体

47 过滤器出口

48 笼

5 再循环装置

51，54 再循环通道

52 挡板

53 再循环入口

6 燃料供应

61 旋转阀

62 燃料供应轴线

63 转换机构/机制

64 燃料供应管道

65 燃料供应开口

66 驱动电动机

67 燃料螺杆输送机

7 灰分去除

71 排灰螺杆输送机

72 具有机械结构的排灰电动机

81 轴承轴

82 旋转轴

83 燃料水平挡板

831 主区域

832 中心轴线

835 平行表面

84 轴承槽口/支撑槽口

85 传感器凸缘

86 辉光床高度测量机构

9 清洁装置

91 清洁驱动器

92 清洁波(Cleaning waves)

93 轴保持器

94 凸出部

95 湍流器保持件

951 枢轴轴承安装件

952 凸出部

953 暗渠(Culverts)

954 凹槽

955 枢轴轴承联动装置

96 双臂锤

97 止挡头

211 绝热材料，例如蛭石

291 次级空气或再循环喷嘴

E 燃料插入的方向

331 锅炉管道入口处的绝热件

481 笼安装件

Claims (13)

1.一种用于燃烧颗粒和/或木屑形式的燃料的生物质加热系统(1)，包括：

锅炉(11)，所述锅炉(11)具有燃烧装置(2)，

热交换器(3)，所述热交换器(3)具有多个锅炉管(32)，

其中，所述燃烧装置(2)包括：

燃烧室(24)，所述燃烧室(24)具有旋转炉篦(25)、初级燃烧区(26)和次级燃烧区(27)；

其中，所述初级燃烧区(26)由多个燃烧室砖(29)从横向和所述旋转炉篦(25)从下方包围；

其中，在所述燃烧室砖(29)中设置有多个次级空气喷嘴(291)；

其中，所述初级燃烧区(26)和所述次级燃烧区(27)在所述次级空气喷嘴(291)的高度处分开；

其中，所述燃烧室(24)的次级燃烧区(27)流体地连接到所述热交换器(3)的入口(33)。

2.根据权利要求1所述的生物质加热系统(1)，其中

所述次级空气喷嘴(291)布置成使得在所述燃烧室(24)的次级燃烧区(27)中产生次级空气和燃烧空气的烟气-空气混合物的围绕竖直中心轴线(A2)的涡流，所述涡流导致所述烟气-空气混合物的混合的改善。

3.根据权利要求1或2所述的生物质加热系统(1)，其中

所述燃烧室砖(29)中的所述次级空气喷嘴(291)分别形成为所述燃烧室砖(29)中的具有圆形或椭圆形横截面的圆柱形或截头圆锥形开口，相应开口的最小直径小于其最大长度。

4.根据前述权利要求中任一项所述的生物质加热系统(1)，其中

具有所述燃烧室(24)的所述燃烧装置(2)设置成使得所述涡流在离开燃烧室喷嘴(203)之后形成螺旋旋流，所述螺旋旋流延伸到所述燃烧室(24)的燃烧室顶(204)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的生物质加热系统(1)，其中

所述次级空气喷嘴(291)在所述燃烧室(24)中布置在至少大致相同的高度处；以及

所述次级空气喷嘴(291)分别定向为使得所述次级空气相对于所述燃烧室(24)的对称中心偏心地引入。

6.根据前述权利要求中任一项所述的生物质加热系统(1)，其中

所述次级空气喷嘴(291)的数量在8和14之间；和/或

所述次级空气喷嘴(291)具有至少50mm的最小长度和20至35mm的最小内径。

7.根据前述权利要求中任一项所述的生物质加热系统(1)，其中

所述燃烧室(24)在所述次级燃烧区(27)中具有燃烧室斜面(202)，所述燃烧室斜面(202)在所述热交换器(3)的入口(33)的方向上减小所述次级燃烧区(27)的横截面。

8.根据前述权利要求中任一项所述的生物质加热系统(1)，其中

所述燃烧室(24)在所述次级燃烧区(27)中具有燃烧室顶(204)，所述燃烧室顶(204)设置成在所述热交换器(3)的入口(33)的方向上向上倾斜，并且所述燃烧室顶(204)在入口(33)的方向上减小所述燃烧室(24)的横截面。

9.根据权利要求7和8所述的生物质加热系统(1)，其中

所述燃烧室斜面(202)和倾斜的燃烧室顶(204)形成漏斗，所述漏斗的较小端通向所述热交换器(3)的入口(33)。

10.根据前述权利要求中任一项所述的生物质加热系统(1)，其中

所述初级燃烧区(26)，以及所述次级燃烧区(27)的至少一部分具有椭圆形水平横截面；和/或

所述次级空气喷嘴(291)布置成使得它们将所述次级空气切向地引入所述燃烧室(24)中。

11.根据前述权利要求中任一项所述的生物质加热系统(1)，其中

所述次级空气喷嘴(291)中的所述次级空气的平均流速为至少8m/s，优选地为至少10m/s。

12.根据前述权利要求中任一项所述的生物质加热系统(1)，其中

所述燃烧室砖(29)为模块化结构；以及

两个半圆形燃烧室砖(29)各自形成闭合环以形成所述初级燃烧区(26)和/或所述次级燃烧区(27)的一部分；以及

至少两圈燃烧室砖(29)彼此堆叠地布置。

13.根据前述权利要求中任一项所述的生物质加热系统(1)，其中

所述热交换器(3)包括布置在所述锅炉管(32)中并且在所述锅炉管(32)的整个长度上延伸的螺旋湍流器；以及

所述热交换器(3)具有布置在所述锅炉管(32)中并且至少在所述锅炉管(32)的一半长度上延伸的带状湍流器。

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