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Die Erfindung betrifft einen Brennstoffkörper zur Verbrennung in einem Brennkessel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Verwendung eines Brennstoffkörpers gemäß dem Anspruch 10, ein Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffkörpers gemäß dem Anspruch 12 sowie eine Einrichtung zur Herstellung eines Brennstoffkörpers gemäß dem Anspruch 14.
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Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet von Brennstoffen aus biologischen Rohstoffen. Es sind verschiedene Vorschläge bekannt, Brennstoffkörper aus Kleie (
DE 102 28 206 A1 ) oder aus verschiedenen Stoffen gemischt, wobei ebenfalls Kleie beigemischt ist (
DE 10 2004 042 659 A1 ), herzustellen. Trotz der diversen Vorschläge haben sich solche Brennstoffe bis heute nicht durchsetzen können, was insbesondere darauf zurückzuführen ist, dass beim Verbrennungsprozess in erheblichem Maße Schlacke anfällt, die für den zum Verbrennen verwendeten Brennkessel schädlich ist oder zumindest eine effiziente Verbrennung beeinträchtigt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Brennstoffkörper sowie eine Verwendung eines Brennstoffkörpers anzugeben, bei dem der Brennstoffkörper verpresstes Agrarpflanzenmaterial aufweist und dennoch eine Verbrennung mit hoher Effizienz möglich ist. Ferner soll ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur Herstellung eines solchen Brennstoffkörpers angegeben werden.
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Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1, 10, 12 und 14 angegebene Erfindung gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung an.
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Vorteilhaft weist der erfindungsgemäße Brennstoffkörper als Agrarpflanzenmaterial von einem Getreide ohne verbleibende Reste des Nutzkorns des Getreides abschälbare und durch Wasserdampf aufweichbare Schälstoffe auf. Solche Schälstoffe haben den Vorteil, dass an Ihnen praktische kein Material des Nutzkorns haftet, weil sie sauber vom Nutzkorn abschälbar sind. Es wurde festgestellt, dass hierdurch gerade diejenigen Bestandteile des Agrarpflanzenmaterials minimiert werden können, die für die Schlackebildung maßgeblich verantwortlich sind. So kann z. B. bei Kleie nie ganz vermieden werden, dass an den Kleie-Partikeln noch Reste des Nutzkorns haften. Solche Reste des Nutzkorns sind bei sauber vom Nutzkorn abschälbaren Schälstoffen vermeidbar. Vorteilhaft werden zudem Schälstoffe vorgeschlagen, die durch Wasserdampf aufweichbar sind, was den Vorteil hat, dass ein Verpressen aufgeweichter Schälstoffe zu einem festen Brennstoffkörper ohne Zusatz weiterer Bindemittel möglich ist. Hierdurch wird es möglich, auf weitere Zusatzstoffe, die ebenfalls für eine Schlackebildung nachteilig sein können, zu verzichten.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Brennstoffkörper ohne Zusatz von mit Resten des Nutzkorns behafteter Kleie hergestellt.
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Der Brennstoffkörper kann z. B. als Brikett oder als Pellet ausgebildet sein. Hierzu wird der Brennstoffkörper in den üblichen Größen für solche Briketts oder Pellets hergestellt, die in handelsüblichen Brennkesseln verwendet werden können.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Brennstoffkörper wenigstens einen Zusatzstoff zur Verringerung von Schlackebildung auf, der mit dem Agrarpflanzenmaterial verpresst ist. Der Zusatzstoff kann vor dem Verpressen mit dem Agrarpflanzenmaterial vermischt werden. Die Mischung wird dann einer Presseinrichtung zugeführt, um durch einen Pressvorgang einen Brennstoffkörper zu erzeugen. Als Zusatzstoff zur Verringerung von Schlackebildung kann vorteilhaft z. B. Kalk verwendet werden. Noch besser eignet sich Kaolin, das bereits in geringerer Beigabemenge als Kalk eine vergleichbare Verringerung der Schlackebildung bewirkt. Auch eine Mischung aus Kalk und Kaolin ist vorteilhaft als Zusatzstoff zur Verringerung von Schlackebildung verwendbar. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Brennstoffkörper einen Anteil von 0,1 bis 1,5 Gewichtsprozent des Zusatzstoffs zur Verringerung von Schlackebildung auf.
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Grundsätzlich eignen sich sämtliche Getreidearten, die ein rückstandsfreies Lösen der Schälstoffe vom Nutzkorn des Getreides erlauben. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Schälstoffe Hafer- und/oder Dinkel-Schälstoffe. Diese Getreidearten sind gut schälbar.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung haben die Schälstoffe einen Anteil von 90 bis 99 Gewichtsprozent an dem Brennstoffkörper. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung haben die Schälstoffe einen Anteil von 95 bis 98 Gewichtsprozent an dem Brennstoffkörper.
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Grundsätzlich kann der Brennstoffkörper mit verschiedenen Zusatzstoffen hergestellt sein, unter anderem auch mit Bindemitteln zum Verbinden des Agrarpflanzenmaterials zu einem festen Brennstoffkörper. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Brennstoffkörper ohne Zusatz von Bindemitteln hergestellt. Dies hat den Vorteil, dass die Herstellung des Brennstoffkörpers preisgünstig erfolgen kann, da kein Bindemittel erworben werden muss. Zudem ist die Herstellung und die Verbrennung des Brennstoffkörpers ökologisch günstiger, wenn kein Bindemittel erforderlich ist und somit auch nicht verbrannt wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Verbrennung in Brennkessel begünstigt wird, da die Verbrennung nicht durch ein Bindemittel beeinträchtigt werden kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die verpressten Bestandteile des Brennstoffkörpers durch die Bindewirkung von durch Wasserdampf aufgeweichten Schälstoffen zusammengehalten. Das Aufweichen der Schälstoffe durch Wasserdampf hat den Vorteil, dass diese Verfahrensweise ökologisch gut verträglich ist und preisgünstig durchführbar ist, da Wasserdampf leicht erzeugt werden kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Brennstoffkörper als weiteren Zusatzstoff Papier oder Holz auf, das in Form zerkleinerter Partikel mit dem Agrarpflanzenmaterial verpresst ist. Vorteilhaft werden die Papier- oder Holz-Partikel vor dem Verpressen mit dem Agrarpflanzenmaterial und ggf. mit dem Zusatzstoff zur Verringerung von Schlackebildung vermischt. Die Mischung kann dann durch Wasserdampf aufgeweicht werden und sodann verpresst werden. Als Papier kann z. B. Altpapier verwendet werden, das auf diese Weise einer sinnvollen Verwertung zugeführt wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Brennstoffkörper als weiteren Zusatzstoff Spelzen eines Getreides, insbesondere Hafer und/oder Dinkel, auf. Die Spelzen können direkt oder in Form zerkleinerter Partikel mit dem Agrarpflanzenmaterial verpresst ist. Vorteilhaft werden die Spelzen vor dem Verpressen mit dem Agrarpflanzenmaterial und ggf. mit dem Zusatzstoff zur Verringerung von Schlackebildung vermischt. Die Mischung kann dann durch Wasserdampf aufgeweicht werden und sodann verpresst werden.
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Vorteilhaft ist auch eine Kombination der zuvor genannten Zusatzstoffe.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Verwendung eines Brennstoffkörpers, der unter Verwendung eines Agrarpflanzenmaterials durch Verpressen hergestellt ist, in einem Brennkessel mit beweglichem Rost. Es wurde festgestellt, dass eine Verbrennung eines Brennstoffkörpers, der unter Verwendung eines Agrarpflanzenmaterials durch Verpressen hergestellt ist, in einem solchen Brenner die Schlackebildung nicht zu einer Beeinträchtigung des Brennkessels oder der Verbrennung führt, so dass in einem solchen Brennkessel mit beweglichem Rost auch Brennstoffkörper verbrannt werden können, die z. B. Kleie-Anteile aufweisen. Die Schlacke wird bei einem Brennkessel mit beweglichem Rost an den Rändern des Brennraums und des Rosts verteilt, so dass ein schädlicher Einfluss weitgehend vermieden werden kann. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines Brennstoffkörpers der zuvor beschriebenen Art, der kleiefrei hergestellt ist. In diesem Fall kann auch der gelegentlich anfallende Reinigungsbedarf des Brennkessels zur Entfernung der Schlacke weiter minimiert werden.
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Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines solchen Brennstoffkörpers in einem Brennkessel mit einer Nenn-Brennleistung von mehr als 100 kW. In Brennkesseln dieser Leistungsklasse und mit beweglichem Rost ist die Nutzung der beschriebenen Brennstoffkörper besonders wirtschaftlich.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Brennkessel folgenden Aufbau auf. Vorgesehen ist ein Kesselkörper, der sich in einen Feuerraumteil und Heizgaszüge gliedert. Die Heizgaszüge bestehen aus großen und glatten Wärmetauscherflächen. Die Heizgaszüge stehen senkrecht, was den Vorteil hat, dass Partikel aus einem Vergasungsprozess nicht in den Heizgaszügen liegen bleiben können. Ein weiterer Vorteil ist, dass auch größere Heizkessel nicht mit selbstreinigenden Heizgaszügen ausgerüstet sein müssen, weil eine Verstopfung der Heizgaszüge wie bei ansonsten üblichen waagerechten Heizgaszügen durch die senkrechte Lagevermieden werden kann.
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Weiterhin ist vorteilhaft ein Abgasstutzen, der die Heizgase als Abgase in ein Schornsteinsystem entlässt, diagonal zu einem Brennerkopf angeordnet. Der Abgasstutzen befindet sich soweit unten, dass ein größtmögliches Kreuzstromprinzip erreicht werden kann. Das Heizgas erreicht damit auch die kälteste Kesselzone.
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Der Brennerkopf weist vorteilhaft einen beweglichen Rost, eine elektrische Zündung, Sekundärluftrohre sowie Sekundärluftgebläse sowie einen Anschluss für einen Primärluftgebläse auf. Vorteilhaft ist ebenfalls eine Ascheentnahmeluke des Brennerkopf-Luftraums vorgesehen. Der Rost weist Schubstangen auf, über die eine Bewegung des Rosts hervorgerufen werden kann. Es können auch mehrere bewegliche Roste vorgesehen sein.
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Durch den beweglichen Rost ist es möglich, den ankommenden Brennstoff auf dem Rost zu einer einheitlicheren und breiteren Schicht zu verteilen als bei unbeweglichen Rosten. Hierdurch kann der Wirkungsgrad des Brennstoffs erhöht werden. Durch die Bewegung des Rosts werden zudem die Luftöffnungen des Rosts offen gehalten und eventuelle Verbrennungsrückstände wie die Schlacke vom Rost entfernt.
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Ein Brennkessel mit beweglichem Rost ist beispielsweise aus der
EP 1 004 822 A1 bekannt.
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Ein Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffkörpers weist vorteilhaft die folgenden Schritte auf:
- a) Fördern einer Menge von Zuführmaterial, das wenigstens ein Agrarpflanzenmaterial aufweist, in einen Dämpfer,
- b) Bedämpfen des Zuführmaterials in dem Dämpfer mit Wasserdampf,
- c) Belassen des Zuführmaterials in dem Dämpfer für eine Reifezeit,
- d) Ausbringen des bedämpften Zuführmaterials aus dem Dämpfer,
- e) Einbringen des aus dem Dämpfer kommenden Zuführmaterials in eine Pressvorrichtung,
- f) Pressen von Brennstoffkörpern aus dem Zuführmaterial in der Presseinrichtung,
- g) Ausbringen der Brennstoffkörper aus der Presseinrichtung.
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Das in den Dämpfer geförderte Zuführmaterial weist das Agrarpflanzenmaterial auf, insbesondere die von einem Getreide ohne verbleibende Reste des Nutzkorns des Getreides abschälbaren und durch Wasserdampf aufweichbaren Schälstoffe. Das Zuführmaterial kann bereits weitere Zusatzstoffe aufweisen, wie z. B. den Zusatzstoff zur Verringerung von Schlackebildung oder die Papier- oder Holz-Partikel, die Spelzen oder andere Zusatzstoffe. Sämtliche dieser Stoffe sind zu dem Zuführmaterial vermischt.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist vor dem Einbringen des aus dem Dämpfer kommenden Zuführmaterials in eine Pressvorrichtung ein Zwischenschritt vorgesehen, in dem eine Konsistenz des aus dem Dämpfer kommenden Zuführmaterials geprüft wird und bei Bedarf das Zufuhrmaterial mit Wasserdampf nachbedampft wird. Das Nachbedämpfen kann in einem gesonderten, zusätzlichen Dämpfer erfolgen. Die Prüfung der Konsistenz des aus dem Dämpfer kommenden Zuführmaterials kann manuell durch eine Bedienperson oder automatisiert durch entsprechende Prüfsensoren erfolgen. Hierbei wird geprüft, ob das aus dem Dämpfer kommende Zuführmaterial eine bröselige bzw. bröckelige Konsistenz aufweist.
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Eine vorteilhafte Einrichtung zur Ausführung eines der zuvor genannten Verfahren weist folgende Merkmale auf:
- a) eine Fördereinrichtung für Zuführmaterial, das wenigstens ein Agrarpflanzenmaterial aufweist,
- b) ein der Fördereinrichtung nachgeordneter Dämpfer,
- c) eine dem Dämpfer nachgeordnete Transporteinrichtung zum Transport des aus dem Dämpfer kommenden Zuführmaterials von dem Dämpfer zu einer Presseinrichtung,
- d) eine der Transporteinrichtung nachgeordnete Presseinrichtung,
- e) eine der Presseinrichtung nachgeordnete Ausbringeinrichtung zum Ausbringen der Brennstoffkörper.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Verwendung einer Zeichnung näher erläutert.
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Die 1 zeigt eine Einrichtung zur Herstellung eines Brennstoffkörpers. Zugleich wird mit der nachfolgenden Erläuterung der in 1 dargestellten Einrichtung ein Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffkörpers beschrieben.
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Die Einrichtung gemäß 1 weist Fördereinrichtungen 11, 12, 13 sowie Transporteinrichtungen 14, 15 auf. Die Fördereinrichtungen 11, 12, 13 und Transporteinrichtungen 14, 15 dienen zum Transport bzw. zur Förderung der Rohstoffe und der Zwischenprodukte sowie zur Abfuhr der Endprodukte der Einrichtung gemäß 1. Die Fördereinrichtungen 11, 12, 13 und die Transporteinrichtungen 14, 15 können z. B. als Förderbänder ausgebildet sein.
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Über die Fördereinrichtung 11 wird Agrarpflanzenmaterial in Form von Schälstoffen 1, die von einem Getreide ohne verbleibende Reste des Nutzkorns des Getreides abschälbar und durch Wasserdampf aufweichbar sind, einem Mischbehälter 17 zugeführt. Ferner wird bei Bedarf aus einem Zusatzstoffbehälter 16 ein Zusatzstoff 2 zur Verringerung von Schlackebildung in den Mischbehälter 17 zugeführt. Ferner wird über eine Fördereinrichtung 12 ein weiterer Zusatzstoff 3, z. B. Spelzen, Papier und/oder Holz in den Mischbehälter 17 gefördert. Der Mischbehälter 17 weist eine Rühreinrichtung 18 auf, über die die in dem Mischbehälter 17 vorhandenen Stoffe 4 miteinander vermischt werden.
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Nach ausreichender Vermischung in dem Mischbehälter 17 werden die Stoffe 4 als Zuführmaterial 5 über die Fördereinrichtung 13 einem Dämpfer 19 zugeführt. Der Dämpfer 19 ist nach Art eines Kessels aufgebaut, in den von außen fortwährend frischer Wasserdampf eingeführt wird. Das in dem Dämpfer 19 vorhandene Material 6 wird so mit Wasserdampf bedampft. Vorteilhaft wird das Material 6 für eine bestimmte Zeit, die Reifezeit, in dem Dämpfer 19 belassen und hierdurch fortwährend dem heißen Wasserdampf ausgesetzt. Die Reifezeit liegt z. B. im Bereich von ein bis drei Stunden, vorteilhaft sind insbesondere zwei Stunden.
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Nach Ablauf der Reifezeit wird das Material 6 aus dem Dämpfer 19 ausgebracht. Das aus dem Dämpfer kommende Zuführmaterial 7 wird über eine Fördereinrichtung 14 entweder direkt einer Presseinrichtung 21 oder, bei Bedarf, einem weiteren Dämpfer 20 zugeführt. Dieser Ablauf wird davon abhängig gemacht, welche Konsistenz das aus dem Dämpfer 19 kommende Zuführmaterial 7 aufweist. Sofern es bereits eine für den nachfolgenden Pressvorgang geeignete Konsistenz aufweist, kann es direkt der Presseinrichtung 21 zugeführt werden. Anderenfalls wird das aus dem Dämpfer 19 kommende Zuführmaterial 7 dem weiteren Dämpfer 20 zugeführt. In dem weiteren Dämpfer 20 wird das darin eingebrachte Material 8 wiederum mit Wasserdampf bedämpft, wobei eine Vergleichsweise kurze Reifezeit vorgesehen ist, z. B. einige Minuten.
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Schließlich wird entweder das aus dem Dämpfer 19 kommende Zuführmaterial 7 oder ggf. das in dem weiteren Dämpfer 20 nachbedämpfte Material 8 der Presseinrichtung 21 zugeführt. Die Presseinrichtung 21 ist in der 1 vereinfacht als Kolben mit einem darin vorgesehenen Stempel 22 dargestellt, der über eine Betätigungskraft 23 betätigt wird. Durch den Stempel 22 wird das in der Presseinrichtung 21 vorhandene Material 9 komprimiert und zu einer Masse mit festerer Konsistenz verpresst.
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Selbstverständlich sind auch andere Ausführungsarten von Presseinrichtungen vorteilhaft einsetzbar, insbesondere Flachmatrizenpressen und Ringmatrizenpressen. Die Herstelleinrichtung gemäß 1 kann auch mehrere Presseinrichtungen aufweisen, auf die das aus dem Dämpfer 19 kommende Zuführmaterial 7 oder ggf. das in dem weiteren Dämpfer 20 nachbedämpfte Material 8 verteilt wird. Die Presseinrichtungen können den gleichen Aufbau haben oder gemischt z. B. aus den zuvor erwähnten Arten von Presseinrichtungen zusammengestellt sein. Sofern Flach- und/oder Ringmatrizenpressen vorgesehen sind, ist diesen ein Kühler zur Kühlung der aus den Pressen austretenden Brennstoffkörper 10 nachgeordnet.
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Das Material 9 wird aus der Presseinrichtung 21 über einen Ausgang 24 abgeführt. Das aus dem Ausgang 24 kommende Material weist eine Strangform auf. Vorteilhaft ist eine Schneideeinrichtung vorgesehen, die den aus dem Ausgang 24 kommenden Strang in Stücke geeigneter Länge schneidet. So können z. B. zylindrische Pellets mit einem Durchmesser von ca. 1 cm und einer Länge von ca. 2 cm bis 3 cm als Brennstoffkörper 10 erzeugt werden. Selbstverständlich sind auch andere Formgebungen und Größen möglich.
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Die Brennstoffkörper 10 werden sodann über eine Fördereinrichtung 15 abgeführt, z. B. zu einer automatischen Verpackungsanlage.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10228206 A1 [0002]
- DE 102004042659 A1 [0002]
- EP 1004822 A1 [0022]
