DE102017215337B3

DE102017215337B3 - Continuously operable gasification boiler for solid fuels and process for combustion of solid fuels

Info

Publication number: DE102017215337B3
Application number: DE102017215337.7A
Authority: DE
Inventors: Martin Meiller; Robert Daschner; Andreas Hornung
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2017-09-01
Filing date: 2017-09-01
Publication date: 2018-12-20
Anticipated expiration: 2037-09-02

Abstract

Die Erfindung betrifft einen kontinuierlich betreibbaren Vergaserkessel (1) für feste Brennstoffe nach dem Prinzip des unteren Abbrandes, wobei der Vergaserkessel folgendes enthält: eine Oxidationszone (2), eine Zufuhreinrichtung für den festen Brennstoff (3), wobei die Zufuhreinrichtung sich oberhalb der Oxidationszone (2) befindet, eine Zufuhreinrichtung für Primärluft (4), die sich oberhalb der Zufuhreinrichtung für den festen Brennstoff (3) befindet, und einen Vorschub- oder einen Rückschubrost (5), der sich unterhalb der Oxidationszone (2) befindet. Ferner werden ein Verfahren zur Verbrennung von festen Brennstoffen und die Verwendung des Vergaserkessels (1) zur Verbrennung von festen Brennstoffen beschrieben.

The invention relates to a continuously operable gasification boiler (1) for solid fuels according to the principle of lower combustion, the gasification boiler comprising: an oxidation zone (2), a supply means for the solid fuel (3), wherein the supply means above the oxidation zone ( 2), a primary air supply means (4) located above the solid fuel supply means (3), and a feed or return chute (5) located below the oxidation zone (2). Furthermore, a method for burning solid fuels and the use of the gasification boiler (1) for burning solid fuels are described.

Description

Die Erfindung betrifft einen kontinuierlich betreibbaren Vergaserkessel für feste Brennstoffe, insbesondere stückige Biomasse, wie Pellets, Hackschnitzel, loses Material und Briketts, wobei der Vergaserkessel nach dem Prinzip des unteren Abbrandes betrieben wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verbrennen dieser festen Brennstoffe sowie die Verwendung des Vergaserkessels zur Verbrennung von festen Brennstoffen.The invention relates to a continuously operable carburetor boiler for solid fuels, in particular lumpy biomass, such as pellets, wood chips, loose material and briquettes, the carburettor boiler is operated on the principle of lower burnup. Furthermore, the invention relates to a method for burning these solid fuels and the use of the gasification boiler for the combustion of solid fuels.

Bei der Verbrennung von Biomasse im Allgemeinen bzw. Holzhackschnitzeln oder alternativen biogenen Einsatzstoffen im Speziellen entstehen Feinstaubemissionen. Ein Großteil der Hackschnitzelfeuerungen, die neu auf den Markt gebracht werden, erreichen mit erheblichen Anstrengungen im Bereich primärer Maßnahmen und strengen Vorgaben für Nutzer und Brennstoff die aktuellen Grenzwerte. Eine langfristige und dauerhafte Einhaltung der verschärften Grenzwerte in der Praxis ist jedoch auf Grund schwankender Brennstoffqualitäten sowie der zunehmenden Verschmutzung der Anlagen mehr als fraglich.The combustion of biomass in general or woodchips or alternative biogenic feedstocks in particular produces particulate matter emissions. Most of the newly launched wood chip firing systems reach the current limits with considerable efforts in the area of primary measures and strict requirements for users and fuel. However, long-term and permanent compliance with the tightened limits in practice is more than questionable due to fluctuating fuel qualities and increasing pollution of the equipment.

Ein weiteres Problem insbesondere bei Brennstoffen niedrigerer Qualität oder alternativen Biobrennstoffen, wie z.B. Stroh, ist neben den Feinstaubemissionen die Verschlackungsneigung der Asche. Diese kann zu Störungen und Stillständen der Anlagen führen. Durch eine gleichmäßigere Temperaturverteilung am Rost sowie einen geringen Einfluss der Strahlungswärme aus der sekundären Reaktionszone wird die Temperatur in der primären Reaktionszone auf einem geringeren Niveau gehalten. Durch das geringere Temperaturniveau werden Verschlackungen und Agglomerationen reduziert bzw. unterbunden.Another problem especially with lower quality fuels or alternative biofuels, e.g. Straw, in addition to the fine dust emissions, the slagging tendency of the ashes. This can lead to malfunctions and shutdowns of the systems. By a more uniform temperature distribution at the grate and a small influence of the radiant heat from the secondary reaction zone, the temperature in the primary reaction zone is kept at a lower level. The lower temperature level reduces or eliminates slagging and agglomeration.

Vor diesem Hintergrund müssen neuartige Technologien und Produkte entwickelt werden, die primärseitig eine weitere Reduktion der Rohgas-Staubemissionen sowie eine Flexibilisierung der Brennstoffnutzung ermöglichen.Against this background, new technologies and products have to be developed that allow, on the primary side, a further reduction of the raw gas dust emissions as well as a more flexible use of fuel.

Stand der Technik bei der Verbrennung von stückiger Biomasse sind Vorschubrostfeuerungen bzw. Schalenbrenner mit oberem Abbrand (Kaltschmitt, M. et al. (Hrsg.), Energie aus Biomasse. Grundlagen, Techniken und Verfahren, 3. Auflage, Berlin, Heidelberg, 2016) . Die Primärluft durchströmt dabei den Rost an definierten, meist düsenförmigen Öffnungen mit hoher Geschwindigkeit. In Folge der Düsenwirkung können sich besonders heiße Zonen ausbilden, die bei der Verwendung von Holzhackschnitzeln mit niederer Qualität sowie alternativen Biobrennstoffen zu Verschlackungen führen. Ein stationärer Betrieb mit gleichbleibenden Emissionen ist quasi nicht mehr möglich. Des Weiteren kommt es durch die Düsenwirkung zu einer vermehrten Bildung an Feinstaubemissionen.The state of the art in the combustion of lumpy biomass is advancing grate furnaces or shell burners with top burnup (Kaltschmitt, M. et al., Eds., Energy from Biomass, Basics, Techniques and Methods, 3rd Edition, Berlin, Heidelberg, 2016) , The primary air flows through the grate at defined, mostly nozzle-shaped openings at high speed. As a result of the nozzle effect, particularly hot zones can form, which lead to the use of wood chips of low quality and alternative biofuels to slagging. Stationary operation with constant emissions is virtually impossible. Furthermore, the nozzle effect leads to an increased formation of fine dust emissions.

Im Folgenden werden drei marktverfügbare Ansätze skizziert, die zur Minderung der Staubemissionen führen sollen. Die vorgestellten Feuerungsarten sind jedoch für differierende Leistungsbereiche sowie Einsatzbereiche ausgelegt.In the following, three marketable approaches are outlined, which should lead to the reduction of dust emissions. However, the presented types of firing are designed for differing performance ranges and areas of application.

Das Prinzip des unteren Abbrands findet v.a. Anwendung in Scheitholzvergaserkesseln bzw. Pelletöfen in kleineren Leistungsbereichen. Ein Beispiel für einen Scheitholzvergaser mit unterem Abbrand ist der Bionic Fire der Attika Feuer GmbH (6330 Cham, Schweiz). Der Bionic Fire ist als vollautomatisch geregelter Kaminofen mit Sturzfeuerung ausgeführt und besitzt eine Nennleistung von 4,6 kW. Nach Anheizen des Kaminofens im Oberbrand wechselt dieser automatisch in den Sturzbrand. Laut Angaben des Herstellers können Staubwerte von 4 mg/Nm³ realisiert werden. Allerdings ist dieser Vergaserkessel auf den Einsatz von Scheitholz beschränkt. Der Kessel ist nicht für den kontinuierlichen Betrieb ausgelegt. Er verfügt nicht über einen automatisierten Ascheabtransport und ist auf Kaminöfen und damit auf niedrigere Leistungsbereiche (üblicherweise <20 kW) beschränkt.The principle of lower burn-off is mainly used in log gasification boilers or pellet stoves in smaller output ranges. An example of a firewood carburetor with lower burnup is the Bionic Fire of Attika Feuer GmbH (6330 Cham, Switzerland). The Bionic Fire is designed as a fully automatic controlled stove with falling firing and has a nominal output of 4.6 kW. After heating up the stove in the upper firing it changes automatically into the fall fire. According to the manufacturer dust levels of 4 mg / Nm ³ can be realized. However, this carburettor boiler is limited to the use of logs. The boiler is not designed for continuous operation. It does not have an automated ash removal and is limited to wood-burning stoves and thus to lower power ranges (usually <20 kW).

Ein marktverfügbares System für die Vergasung von Hackschnitzeln ist der PuroWIN der Fa. Windhager. Die Technik des PuroWIN beruht auf dem Prinzip der Gegenstromvergasung. Im unteren Teil der Vergasereinheit entsteht nach der Zündung ein Glutbett, das vertikal von unten nach oben von dem Holzgas durchströmt wird. Die darüber liegende Holzhackschnitzelschüttung fungiert als Filtereinheit. Die Verbrennung der gasförmigen Bestandteile findet oberhalb der Schüttung statt. Die Hackschnitzelheizung wird vom Hersteller mit einer Nennleistung zwischen 7 - 60 kW angeboten. Die Fa. Windhager gibt in ihrem Prospekt Staubwerte < 1 mg/Nm³ an. Trotz dieser hervorragenden Staubwerte bleibt der PuroWIN hinsichtlich des Leistungsbereichs sowie der Qualität des Brennstoffs insbesondere durch das Entaschungssystem limitiert. Die Praxistauglichkeit des Entaschungssystems insbesondere in den Leistungsbereichen >40 kW hat sich noch nicht erwiesen.A market-available system for the gasification of wood chips is the PuroWIN from Windhager. The technology of the PuroWIN is based on the principle of countercurrent gasification. In the lower part of the carburettor unit, an ember bed is created after ignition, which flows vertically through the wood gas from bottom to top. The overlying woodchip bedding acts as a filter unit. The combustion of the gaseous components takes place above the bed. The woodchip heating is offered by the manufacturer with a rated output of 7 - 60 kW. The company Windhager specifies dust values <1 mg / Nm ³ in its brochure. Despite these outstanding dust values, the PuroWIN remains limited in terms of performance and quality of the fuel, especially through the ash removal system. The practicality of the ash removal system, especially in the power ranges> 40 kW, has not yet been proven.

Diese Anlage basiert auf dem Prinzip eines Gegenstromvergasers mit direkt nachgeschalteter Stufe zum Ausbrand der gasförmigen Komponenten. Das Brenngas wird nicht nach unten abgeführt. Die Anlage basiert daher nicht auf dem Prinzip des unteren Abbrands. Ferner verfügt die Anlage nicht über einen bewegbaren Rost.This system is based on the principle of a countercurrent gasifier with directly downstream stage for the burn-out of the gaseous components. The fuel gas is not discharged down. The plant is therefore not based on the principle of lower burnup. Furthermore, the system does not have a movable grate.

Ein weiteres marktverfügbares System für Holzhackschnitzel ist der Feuerungstyp „Turner“ der Firma Lopper. Dieser arbeitet nach dem Prinzip des seitlichen bzw. unteren Abbrands, wobei das entstehende Holzgas zur Seite bzw. nach unten geleitet wird. Das Glutbett liegt auf einem rotierenden Scheibenrollrost über den die Primärluft von unten zugeführt und die verbleibende Asche abtransportiert wird. Je nach Nennleistung des Kessels werden laut Angaben des Herstellers Staubwerte bis zu max. 20 mg/Nm³ erreicht. Bei schlechteren Brennstoffqualitäten mit höheren Ascheanteilen ist jedoch mit Schwierigkeiten beim Abtransport der Asche zu rechnen. Kommt es zur Bildung von Agglomeraten ist ein Abtransport nicht mehr möglich.Another market-available system for woodchips is the "Turner" firing type from Lopper. This works on the principle of lateral or lower burning, wherein the resulting wood gas is directed to the side or down. The ember bed is located on a rotating disc rolling grid via which the primary air is supplied from below and the remaining ash is removed. Depending on the rated output of the boiler, according to the manufacturer's specifications, dust values of up to max. 20 mg / Nm ³ reached. With poorer fuel qualities with higher proportions of ash, however, difficulties are to be expected in the removal of the ash. If it comes to the formation of agglomerates, a removal is no longer possible.

Der „Turner“ verfügt nicht über einen Vorschubrost, sondern über einen rotierenden Scheibenrollrost. Es wird ferner keine separate Zone zum Koksausbrand definiert, und es gibt keine Oxidationszone durch Maßnahmen wie eine konstruktive Verjüngung für die Zugabe von Heißluft oder O₂-Anreicherung.The "Turner" does not have a feed grate but a rotating disc roller grate. Further, no separate zone for coke burnout is defined, and there is no oxidation zone through measures such as constructive rejuvenation for the addition of hot air or O ₂ enrichment.

Die DE 20 2008 000 034 U1 beschreibt einen Heizkessel mit einem Brennstofffüllraum mit einer ersten Vergasungs- und Brennzone, ein sich darüber befindliche Primärluftzufuhr, die als regelbare Klappe in die Brennstoffzufuhrklappe integriert ist, sowie einen wassergekühlten Rost. In diesem Heizkessel können Bio-Festbrennstoffe, wie Holz, verbrannt werden.The DE 20 2008 000 034 U1 describes a boiler with a fuel filling chamber with a first gasification and combustion zone, a primary air supply located above it, which is integrated as a controllable flap in the fuel supply flap, and a water-cooled grate. In this boiler bio-solid fuels, such as wood, can be burned.

Die DE 20 2014 101 723 U1 betrifft eine Heizvorrichtung, die eine Luftzufuhr aufweist, die unterhalb der Brennstoffeintragsöffnung angebracht ist. Ferner offenbart dieser Stand der Technik, dass in der Heizvorrichtung ein Verbrennungsrost vorliegt, der mehrteilig ausgebildet ist und wenigstens ein mittleres Rostelement aufweist, welche in Bezug auf weitere Rostelemente verschiebbar ist.The DE 20 2014 101 723 U1 relates to a heating device having an air supply, which is mounted below the fuel introduction opening. Furthermore, this prior art discloses that in the heating device, a combustion grate is present, which is of multi-part design and has at least one central grate element, which is displaceable with respect to further grate elements.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen kontinuierlich betreibbaren Vergaserkessel sowie ein Verfahren zur Verbrennung von festen Brennstoffen mit jeweils verbesserten Eigenschaften bereitzustellen, insbesondere wobei die Bildung von Feinstaub und das Auftreten von Verschlackung reduziert wird.Starting from the prior art, the invention has for its object to provide a continuously operable carburetor boiler and a method for burning solid fuels, each with improved properties, in particular wherein the formation of particulate matter and the occurrence of slagging is reduced.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Vergaserkessel nach Anspruch 1, dessen Verwendung nach Anspruch 15 und ein Verfahren nach Anspruch 12. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.The object is achieved by a carburettor boiler according to claim 1, its use according to claim 15 and a method according to claim 12. Advantageous developments of the invention can be found in the subclaims.

Erfindungsgemäß wird ein kontinuierlich betreibbarer Vergaserkessel für feste Brennstoffe nach dem Prinzip des unteren Abbrandes vorgeschlagen. Der Vergaserkessel enthält:

a) eine Oxidationszone;
b) eine Zufuhreinrichtung für den festen Brennstoff, wobei die Zufuhreinrichtung sich oberhalb der Oxidationszone befindet;
c) eine Zufuhreinrichtung für Primärluft, die sich oberhalb der Zufuhreinrichtung für den festen Brennstoff befindet;
d) einen Vorschub- oder einen Rückschubrost, der sich unterhalb der Oxidationszone befindet; und
e) eine Sekundärbrennkammer unterhalb des Vorschubs- oder Rückschubrostes.

According to the invention, a continuously operable gasification boiler for solid fuels according to the principle of the lower burnup is proposed. The carburettor boiler contains:

a) an oxidation zone;
b) a solid fuel supply means, the supply means being above the oxidation zone;
c) a primary air supply means located above the solid fuel supply means;
d) a feed or a return grate located below the oxidation zone; and
e) a secondary combustion chamber below the feed or return grate.

Der erfindungsgemäße Vergaserkessel wird nach dem Prinzip des unteren Abbrandes betrieben. Dabei wird der Brennstoff nur von unten angeflammt. Dadurch breitet sich sie Flamme nur in den unteren Schichten des Brennstoffes aus. Die zur Verbrennung erforderliche Primärluft wird beim Prinzip des unteren Abbrandes von oben nach unten durch den Brennstoff geleitet. Dabei gilt im Sinne der vorliegenden Erfindung für die Begriffe „oben“ und „unten“ die Standfläche des Vergaserkessels als unterster Referenzpunkt, d.h. wenn beispielsweise beim Prinzip des unteren Abbrandes Primärluft von oben nach unten geleitet wird, dann bedeutet dies, dass die Primärluft von oben Richtung der Standfläche des Vergaserkessels geführt wird.The gasification boiler according to the invention is operated according to the principle of the lower burnup. The fuel is ignited only from below. As a result, it spreads flame only in the lower layers of the fuel. The primary air required for combustion is passed from top to bottom through the fuel in the principle of lower burnup. For the purposes of the present invention, for the terms "top" and "bottom", the footprint of the gasification boiler is the lowest reference point, i. For example, if the principle of the lower burn primary air is passed from top to bottom, then this means that the primary air is fed from above the direction of the base of the carburetor.

In dem erfindungsgemäßen Vergaserkessel wird entweder ein Vorschubrost oder ein Rückschubrost eingesetzt. Diese sehen ähnlich aus wie eine flach liegende Treppe. Sie können ein Gefälle von 0° bis 30°, insbesondere 8° bis 15°, aufweisen. Der Brennstoff wird über den Rost bewegt, indem sich einige Treppenstufen, beispielsweise jede zweite oder zwei von drei, oszillierend vor und zurück bewegen und so den Brennstoff vorwärts schieben, die durch die Schwerkraft vermittelte Bewegung unterstützen und verstärken oder der durch die Schwerkraft vermittelten Bewegung entgegenwirken, um den Transport zu verlangsamen. Sowohl beim Vorschubrost als auch beim Rückschubrost wird letztendlich der Brennstoff entlang der Fläche des Rostes bewegt.In the gasification boiler according to the invention, either a feed grate or a return grate is used. These look similar to a flat staircase. You can have a slope of 0 ° to 30 °, in particular 8 ° to 15 °. The fuel is moved across the grate by oscillating back and forth a few steps, for example every two or two out of three, forcing the fuel forward, assisting and amplifying the gravity-mediated motion, or counteracting gravity-mediated motion to slow down the transport. Both the feed grate and the return grate ultimately move the fuel along the surface of the grate.

Mit dem erfindungsgemäßen kontinuierlich betreibbaren Vergaserkessel wird eine Bauform von Feuerungsanlagen für feste Brennstoffe, insbesondere stückige Biomasse (Pellets, Hackschnitzel, loses Material, Briketts), angegeben, welche ein deutlich reduziertes Emissionsverhalten von Feinstaub aufweist und das Auftreten schadhafter Verschlackungen reduziert. Durch die Kombination des Prinzips des unteren Abbrands mit einem leistungsfähigen Rost zum Weitertransport und der Schürung des Glutbetts entsteht ein neues Feuerungskonzept.With the continuously operated gasification boiler according to the invention, a design of firing systems for solid fuels, in particular particulate biomass (pellets, wood chips, loose material, briquettes) is given, which has a significantly reduced emission behavior of particulate matter and reduces the occurrence of defective slagging. By combining the principle of the lower burn-up with a powerful grate for onward transport and the stoking of the ember bed, a new firing concept is created.

Die Feuerung ist so konzipiert, dass sie nach dem Prinzip des untern Abbrandes betrieben wird. Der im erfindungsgemäßen Vergaserkessel enthaltene feste Brennstoff wird von oben nach unten von Primärluft durchströmt, wodurch eine gleichmäßige Anströmung des Glutbetts erreicht wird. Dazu befindet sich die Zufuhreinrichtung für Primärluft oberhalb der Zufuhreinrichtung für den festen Brennstoff und somit insgesamt oberhalb des im Vergaserkessel enthaltenen festen Brennstoffes sowie ferner ebenfalls oberhalb der Oxidationszone. The furnace is designed in such a way that it is operated according to the principle of low burnup. The solid fuel contained in the gasification boiler according to the invention is flowed through from top to bottom of primary air, whereby a uniform flow of the ember bed is achieved. For this purpose, the feed device for primary air is located above the feed device for the solid fuel and thus overall above the solid fuel contained in the gasification boiler and also also above the oxidation zone.

Der Brennstoff wird über eine Zufuhreinrichtung für den Brennstoff in den Vergaserkessel und somit in die Brennkammer und letztendlich in die Oxidationszone gefördert. Besonders günstige Beispiele für solche Zufuhreinrichtungen für den festen Brennstoff sind mechanische Fördereinrichtungen, insbesondere Schnecken, ein Förderband oder ein Stößel. Im Anschluss an die Oxidationszone fällt der Brennstoff auf den Vorschub- oder Rückschubrost. Dieser ist insbesondere als beweglicher Stufenrost, d.h. ein Vorschubrost, ausgeführt, wobei die Stufen in unterschiedlichen Winkeln von 0° bis maximal 30° ausgeführt sein können. Ferner kann jede zweite oder es können zwei von drei Stufen bewegt werden. Die Stufen können als Balken über die gesamte Breite ausgeführt oder aus Roststäben zusammengesetzt sein. Roststab bzw. Balken können aus Stahl, Stahlguss, Keramik bzw. einer Sandwichbauweise ausgeführt sein, wie sie üblicherweise für solche Roste eingesetzt werden. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann ein Wanderrost verwendet werden. Dieser enthält ein endloses Rostband mit beweglichen Gliedern, ähnlich einem Förderband. Das Rostband wird über zumindest zwei Rollen geführt und beispielsweise mit einem Zahnradantrieb bewegt. Der bewegte Rost kann mit unterschiedlichen Rostzonen gestaltet sein, wobei die Rostzonen einen separaten Antrieb, unterschiedliche geometrische Bauformen bzw. unterschiedliche Rostwinkel aufweisen können. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Rost eine Wasserkühlung aufweisen, um dessen Beschädigung bei hohen Verbrennungstemperaturen zu vermeiden.The fuel is conveyed via a feed device for the fuel into the gasification boiler and thus into the combustion chamber and finally into the oxidation zone. Particularly favorable examples of such feed devices for the solid fuel are mechanical conveyors, in particular screws, a conveyor belt or a plunger. Following the oxidation zone, the fuel falls onto the feed or return grate. This is particularly suitable as a movable step grate, i. a feed grate executed, wherein the steps can be performed at different angles from 0 ° to a maximum of 30 °. Furthermore, every other or two of three stages can be moved. The steps can be designed as beams across the entire width or composed of grate bars. Grate bar or beams can be made of steel, cast steel, ceramic or a sandwich construction, as they are commonly used for such grates. In other embodiments of the invention, a traveling grate may be used. This contains an endless grate band with movable links, similar to a conveyor belt. The grate belt is guided over at least two rollers and moved, for example, with a gear drive. The moving grate can be designed with different grate zones, wherein the grate zones can have a separate drive, different geometric designs or different grate angles. In some embodiments of the invention, the grate may have water cooling to avoid damaging it at high combustion temperatures.

Durch den Rost wird der Koks in eine separate Zone für den Koksausbrand transportiert, wo der Ausbrand des festen Brennstoffs bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen stattfindet. Somit weist in einigen Ausführungsformen der erfindungsgemäße Vergaserkessel eine Zone für den Koksausbrand auf.The grate transports the coke into a separate zone for coke burnout, where burnout of the solid fuel occurs at comparatively low temperatures. Thus, in some embodiments, the gasification boiler of the invention has a zone for coke burnout.

In einigen Ausführungsformen weist der Vergaserkessel eine Ascheaustrageinrichtung auf. Die resultierende Asche wird durch den Rost in die Ascheaustrageinrichtung gefördert, welche die Asche in einen dafür vorgesehenen Behälter weitertransportiert. Die Ascheaustrageinrichtung kann beispielsweise als Förderschnecke, Kratzkettenförderer oder Förderband ausgeführt sein. Dadurch ist es möglich, die Asche kontinuierlich zu entfernen, wodurch ein kontinuierlicher Betrieb des Vergaserkessels möglich wird.In some embodiments, the gasification boiler has an ash discharge device. The resulting ash is conveyed through the grate into the ash discharge device, which transports the ash into a designated container. The ash discharge device can be designed, for example, as a screw conveyor, scraper chain conveyor or conveyor belt. This makes it possible to remove the ash continuously, allowing continuous operation of the gasification boiler is possible.

In einigen Ausführungsformen weist der Vergaserkessel mechanische Einbauten auf, die dazu angepasst sind, Wandströmungen zu vermindern. Solche mechanischen Einbauten können als Leitbleche am Rand des Brennraums in Form eines Winkels von 10° bis 90° oder in Form eines gebogenen Bleches, beispielsweise in Form eines Halbkreises, ausgestaltet sein. Durch diese mechanischen Einbauten wird sichergestellt, dass eine unerwünschte Randströmung vermindert wird.In some embodiments, the gasification boiler has mechanical fittings adapted to reduce wall currents. Such mechanical installations can be designed as baffles at the edge of the combustion chamber in the form of an angle of 10 ° to 90 ° or in the form of a bent sheet, for example in the form of a semicircle. These mechanical installations ensure that unwanted edge flow is reduced.

In einigen Ausführungsformen weist der Vergaserkessel eine Schütthöhenausgleichseinrichtung auf, die dazu angepasst ist, die Schütthöhe des Brennstoffes auszugleichen. Damit wird eine gleichmäßige Schüttung des festen Brennstoffes erzielt. Die Schütthöhenausgleichseinrichtung kann ausgeführt werden als Rechen oder als rotierendes Element, beispielsweise als eine Welle mit Anbauten zur Verteilung der Schüttung. Über einen gegebenenfalls vorhandenen Füllstandsmesser kann die Schütthöhe in üblicher Weise überwacht werden. Ein Füllstandsmesser kann ausgeführt sein beispielsweise als mechanischer Sensor, insbesondere als Flügelrad oder Vibrationssensor.In some embodiments, the gasification boiler has a leveling device that is adapted to equalize the dumping height of the fuel. Thus, a uniform bed of solid fuel is achieved. The height-leveling device can be designed as a rake or as a rotating element, for example as a shaft with attachments for distributing the bed. About an optionally existing level meter, the dumping height can be monitored in the usual way. A level gauge can be designed, for example, as a mechanical sensor, in particular as an impeller or vibration sensor.

Der erfindungsgemäße Vergaserkessel kann in einigen Ausführungsformen mindestens einen Temperatursensor aufweisen. Dieser erfasst die Temperaturen im Brennstoffbett und dient als Regelgröße zur Kontrolle der Reaktionsfront. Eine Fallhöhe bzw. Höhendifferenz von mindestens 100 mm zwischen Brennstoffeintrag und Schüttung kann dazu dienen, einen Rückbrand zu verhindern. Eine zusätzliche Rückbrandsicherung entsprechend regulatorischen (gesetzlichen) Vorgaben, z.B. über eine temperaturgeregelte Löschvorrichtung, kann ebenfalls vorgesehen sein.The carburetor boiler according to the invention may have at least one temperature sensor in some embodiments. It records the temperatures in the fuel bed and serves as a controlled variable to control the reaction front. A drop height or height difference of at least 100 mm between fuel input and bed can serve to prevent burnback. An additional burn back fuse according to regulatory (legal) requirements, e.g. via a temperature-controlled extinguishing device can also be provided.

Der erfindungsgemäße Vergaserkessel kann in einigen Ausführungsformen im Bereich der Oxidationszone eine Verjüngung aufweisen. Die Verjüngung kann eine bzw. mehrere Zufuhrleitung/en für Heißluft und/oder Sauerstoff und/oder heißer Rauchgase aufweisen. Eine solche Verjüngung der Oxidationszone kann beispielsweise durch mechanische Vorrichtungen, insbesondere aus Stahl oder keramischen Materialien, erreicht werden. Mit der Zufuhrleitung für Heißluft und/oder Sauerstoff und/oder heißer Rauchgase können diese Gase entweder einzeln, beliebige zwei von diesen oder alle drei in die Oxidationszone zugeführt werden.The gasification boiler according to the invention may in some embodiments in the region of the oxidation zone have a taper. The taper may include one or more hot air and / or oxygen and / or hot flue gas supply lines. Such a rejuvenation of the oxidation zone can be achieved for example by mechanical devices, in particular made of steel or ceramic materials. With the supply line for hot air and / or oxygen and / or hot flue gases, these gases can be supplied either individually, any two of these or all three in the oxidation zone.

In einigen Ausführungsformen ist der erfindungsgemäße Vergaserkessel so konstruiert, dass die Zone für den Koksausbrand ebenfalls mit der Zufuhreinrichtung für Primärluft verbunden ist. Dadurch wird sichergestellt, dass auch Primärluft in die Zone für Koksausbrand gelangt und somit eine vollständige Verbrennung erfolgt. In some embodiments, the gasification boiler of the present invention is constructed so that the coke brewing zone is also connected to the primary air supply means. This ensures that even primary air enters the zone for coke burnout, resulting in complete combustion.

In einigen Ausführungsformen kann die im erfindungsgemäßen Vergaserkessel vorgesehene Zone für den Koksausbrand einen Regulator für die Höhe des Koks aufweisen. Damit wird eine definierte Betthöhe in der Zone für den Koksausbrand erreicht und ferner ein unkontrolliertes Abgleiten des festen Brennstoffs verhindert. Ein solcher Regulator kann aus einer Einrichtung bestehen, welche dazu angepasst ist, den Querschnitt des Übergangs zur Zone für den Koksausbrand zu reduzieren, und er kann beispielsweise in Form eines mechanischen Schiebers ausgeführt sein.In some embodiments, the coker brewing zone provided in the gasification boiler of the present invention may include a coke height regulator. Thus, a defined bed height is achieved in the zone for coke outbreaks and also prevents uncontrolled slipping of the solid fuel. Such a regulator may consist of a device which is adapted to reduce the cross section of the transition to the zone for the coke outbreaks, and it may for example be designed in the form of a mechanical slide.

Der erfindungsgemäße Vergaserkessel weist eine Sekundärbrennkammer unterhalb des Vorschub- oder Rückschubrosts auf. Ferner kann der Vergaserkessel eine Zufuhreinrichtung für Sekundärluft aufweisen, mit der Sekundärluft in die Sekundärbrennkammer leitbar ist. Im erfindungsgemäßen Vergaserkessel können die gasförmigen Reaktionsprodukte in die Sekundärbrennkammer strömen, die unterhalb des Vorschub- oder Rückschubrosts vorgesehen ist. Dort werden die gasförmigen Reaktionsprodukte mit Sekundärluft vermischt und verbrannt. Die räumliche Abtrennung zwischen Brennstoffbett auf dem Rost und Gasausbrand in der Sekundärbrennkammer reduziert die Einwirkung von Wärmestrahlung auf den Brennstoff und verringert somit die Temperatur im Brennstoffbett. Das heiße Rauchgas kann mit Hilfe eines Wärmeübertragers abgekühlt und die anfallende Wärme für verschiedene Abnehmer bereitgestellt werden. Abgase können in an sich bekannter Weise ausgeleitet werden.The gasification boiler according to the invention has a secondary combustion chamber below the feed or return grate. Furthermore, the carburettor boiler may have a supply device for secondary air, with the secondary air can be conducted into the secondary combustion chamber. In the gasification boiler according to the invention, the gaseous reaction products can flow into the secondary combustion chamber, which is provided below the feed or return grate. There, the gaseous reaction products are mixed with secondary air and burned. The spatial separation between fuel bed on the grate and gas burnout in the secondary combustion chamber reduces the effect of heat radiation on the fuel and thus reduces the temperature in the fuel bed. The hot flue gas can be cooled with the aid of a heat exchanger and the heat generated can be made available to different customers. Exhaust gases can be discharged in a conventional manner.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Verbrennung fester Brennstoffe, wobei die festen Brennstoffe in den vorstehend beschriebenen Vergaserkessel eingebracht und darin verbrannt werden. Als feste Brennstoffe können in einigen Ausführungsformen stückige Biomassen eingesetzt werden, insbesondere Pellets, Hackschnitzel, loses Material und Briketts.The present invention further provides a process for burning solid fuels, wherein the solid fuels are introduced into the gasification boiler described above and burned therein. As solid fuels, lumpy biomasses may be used in some embodiments, in particular pellets, wood chips, loose material and briquettes.

Der Anfeuervorgang für die Verbrennung der festen Brennstoffe im erfindungsgemäßen Vergaserkessel kann nach folgendem Schema erfolgen. Zunächst kann der Vergaserkessel mit dem Brennstoff befüllt werden. Mit Hilfe des Heißluftgebläses kann die Zündung in der Oxidationszone erfolgen.The firing process for the combustion of solid fuels in the gasification boiler according to the invention can be carried out according to the following scheme. First, the carburettor boiler can be filled with the fuel. With the help of the hot air blower ignition can take place in the oxidation zone.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner die Verwendung des vorstehend beschriebenen Vergaserkessels zur Verbrennung von festen Brennstoffen.The present invention further relates to the use of the above-described gasification boiler for the combustion of solid fuels.

Mit dem erfindungsgemäßen Vergaserkessel und dem erfindungsgemäßen Verfahren, insbesondere in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, werden mehrere Vorteile erhalten. Durch die Verbrennung nach dem Prinzip des unteren Abbrands wird eine gleichmäßige Anströmung des Glutbettes erreicht. Der Sauerstoff wird gleichmäßig zur Verfügung gestellt. Die Temperaturverteilung am Rost ist homogen. Zonen mit sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten werden vermieden, die Bildung sehr heißer Zonen (z.B. Glutlinien) wird reduziert. Dadurch wird einerseits die Freisetzung von Staub andererseits die Bildung von Verschlackungen unterbunden. Feinanteil wird in geringerem Umfang in die Sekundärbrennzone transportiert, was wiederum Staubemissionen und Verschlackungsprobleme im Brennraum absenkt. Daher können bestehende Grenzwerte auch mit qualitativ schlechteren und damit kostengünstigeren Brennstoffen eingehalten werden.With the gasification boiler according to the invention and the method according to the invention, in particular in the embodiments described above, several advantages are obtained. By burning on the principle of the lower burn-off, a uniform flow of the ember bed is achieved. The oxygen is provided evenly. The temperature distribution at the grate is homogeneous. Zones with very high flow velocities are avoided, the formation of very hot zones (e.g., glow lines) is reduced. On the one hand, the release of dust on the other hand, the formation of slagging is prevented. Fine fraction is transported to a lesser extent in the secondary combustion zone, which in turn lowers dust emissions and slagging problems in the combustion chamber. Therefore, existing limits can be met even with lower quality and therefore more cost-effective fuels.

Die starke Zonierung der Feuerung ermöglicht bei einer entsprechenden Optimierung der Sekundärbrennkammer höhere Rauchgastemperaturen, ohne dass dabei negative Effekte auf die Verbrennung im Primärbereich zu erwarten sind. Dadurch sind insbesondere Vorteile bei der Erzeugung von Prozessdampf oder der Integration von Systemen zur Verstromung (z.B. über thermoelektrische Generatoren) zu erreichen.The strong zoning of the furnace, with a corresponding optimization of the secondary combustion chamber, allows higher flue gas temperatures without negative effects on the combustion in the primary area being expected. As a result, particular advantages can be achieved in the generation of process steam or the integration of systems for generating electricity (for example via thermoelectric generators).

Der erfindungsgemäße Vergaserkessel sowie das erfindungsgemäße Verfahren kann auf den folgenden technischen Anwendungsgebieten eingesetzt werden. Der erfindungsgemäße Vergaserkessel kann Wärme in einem Leistungsbereich von 100 kW bis 1 MW zur Verfügung stellen. Bei entsprechendem Bedarf können sie auch als Plattform zur Dampferzeugung dienen. Ferner kann das der Erfindung zugrunde liegende Prinzips auf Pelletheizungen übertragen werden.The gasification boiler according to the invention and the method according to the invention can be used in the following technical fields of application. The gasification boiler according to the invention can provide heat in a power range from 100 kW to 1 MW available. If required, they can also serve as a platform for steam generation. Furthermore, the principle underlying the invention can be transferred to pellet heaters.

Die Biomassenutzung insbesondere im Wärmemarkt hat ein erhebliches Wachstumspotenzial. Bei zentralen Wärmeerzeugern in Deutschland dominieren noch immer fossil befeuerte Systeme. Wenn man zusätzlich in Betracht zieht, dass im Heizungsmarkt trotz der weltweiten und nationalen Klimaschutzziele noch immer Öl- und Gaskessel auch den Markt für Neuanlagen mit einem Anteil von beinahe 90% beherrschen, dann wird deutlich, dass der Anteil der Bioenergie im Wärmebereich wachsen muss, um die Klimaschutzziele zu erreichenBiomass utilization, especially in the heating market, has considerable growth potential. For central heat generators in Germany fossil fueled systems still dominate. If one also considers that despite the global and national climate protection targets, oil and gas boilers dominate the market for new plants with a share of almost 90% in the heating market, then it becomes clear that the share of bioenergy in the heating sector must grow. to achieve the climate protection goals

Biomassepotenziale zur Abdeckung entsprechender Bedarfe sind vorhanden. In einer aktuellen Studie geht die Fachagentur für nachwachsende Rohstoffe davon aus, dass die einheimische Bioenergie im Jahr 2050 rund 26 % des Primärenergieverbrauchs decken kann. Das größte Energiepotenzial bietet Energie aus der Landwirtschaft gefolgt von Energie aus der Forstwirtschaft. Bei Energie aus Holz sind noch größere Potenziale in der Nutzung von Holz aus Durchforstung und Kronenresten sowie Landschaftspflegeholz zu sehen. Stoffströme, die für eine stoffliche Nutzung weitgehend ungeeignet sind, könnten sinnvoll energetisch genutzt werden.Biomass potentials to cover corresponding requirements are available. In a recent study, the Agency for Renewable Resources assumes that domestic bioenergy can cover around 26% of primary energy consumption in 2050. The greatest energy potential is provided by energy from agriculture followed by energy from forestry. With energy from wood even greater potentials can be seen in the use of wood from thinnings and crown remnants as well as landscape care wood. Material flows that are largely unsuitable for material use could be usefully used for energy purposes.

Mit dem erfindungsgemäßen Vergaserkessel und dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Instrumente an die Hand gegeben, um in günstiger Weise feste Brennstoffe, insbesondere Biomasse, zu verbrennen, so dass ein weiterer Schritt getan werden kann, um die Verbrennung fossiler Brennstoffe zu reduzieren.With the gasification boiler according to the invention and the method according to the invention instruments are provided to burn solid solid fuels, in particular biomass, in a favorable manner, so that a further step can be taken to reduce the combustion of fossil fuels.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.

1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vergaserkessels.

The invention will be explained in more detail with reference to figures without limiting the general inventive concept.

1 shows an embodiment of the gasification boiler according to the invention.

Der in 1 gezeigte kontinuierlich betreibbare Vergaserkessel 1 für feste Brennstoffe wird nach dem Prinzip des unteren Abbrandes betrieben. Der Vergaserkessel 1 umfasst eine Oxidationszone 2, eine Zufuhreinrichtung für den festen Brennstoff 3, die sich oberhalb der Oxidationszone 2 befindet und kontinuierlich betrieben werden kann, eine Zufuhreinrichtung für Primärluft 4, die sich oberhalb der Zufuhreinrichtung für den festen Brennstoff und somit ebenfalls oberhalb der Oxidationszone befindet, sowie einen Vorschubrost 5, der sich unterhalb der Oxidationszone 2 befindet. Mit dem Vorschubrost 5 wird brennender fester Brennstoff abtransportiert, so dass er in die Zone für den Koksausbrand 6 gelangt. Diese Zone für den Koksausbrand 6 ist mit einer Ascheaustrageinrichtung 7 verbunden, so dass die nach der Verbrennung des festen Brennstoffes erhaltene Asche aus dem erfindungsgemäßen Vergaserkessel 1 kontinuierlich entfernt werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, den erfindungsgemäßen Vergaserkessel kontinuierlich zu betreiben.The in 1 shown continuously operable carburetor boiler 1 for solid fuels is operated on the principle of lower burnup. The carburettor boiler 1 includes an oxidation zone 2 , a supply device for the solid fuel 3 extending above the oxidation zone 2 and can be operated continuously, a supply device for primary air 4 , which is located above the supply means for the solid fuel and thus also above the oxidation zone, and a feed grate 5 which is below the oxidation zone 2 located. With the feed grate 5 Burning solid fuel is carried away so that it enters the zone for coke burnout 6 arrives. This zone for coke burning 6 is with an ash discharge facility 7 connected so that the ashes obtained after the combustion of the solid fuel from the gasification boiler according to the invention 1 can be removed continuously. In this way it is possible to operate the gasification boiler according to the invention continuously.

Die Zufuhreinrichtung für Primärluft 4 ist oberhalb der Zufuhreinrichtung für den festen Brennstoff 3 und somit sowohl oberhalb der Oxidationszone 2 als auch oberhalb des Vorschubrosts 5 vorgesehen, so dass die Primärluft sowohl den festen Brennstoff insbesondere in der Oxidationszone 2 als auch den Vorschubrost 5 durchströmen kann. Die Strömungsrichtung der Primärluft ist in 1 durch Pfeile dargestellt.The feeding device for primary air 4 is above the solid fuel feeder 3 and thus both above the oxidation zone 2 as well as above the feed grate 5 provided so that the primary air both the solid fuel, especially in the oxidation zone 2 as well as the feed grate 5 can flow through. The flow direction of the primary air is in 1 represented by arrows.

Der Vergaserkessel 1 weist mechanische Einbauten auf, die dazu angepasst sind, Randströmungen zu vermindern. Ferner sind im Vergaserkessel 1 eine Schütthöhenausgleichseinrichtung 9, mit der die Schütthöhe des Brennstoffs ausgeglichen wird, und Temperatursensoren 10 vorgesehen, die in der inneren Wand des Brennkessels 18 angebracht sind.The carburettor boiler 1 has mechanical fixtures adapted to reduce edge flow. Furthermore, in the gasification boiler 1 a leveling device 9 , with which the dump height of the fuel is compensated, and temperature sensors 10 provided in the inner wall of the boiler 18 are attached.

Die Oxidationszone 2 weist eine Verjüngung 11 auf, wobei in der Verjüngung 11 ferner eine Zuführleitung für Heißluft und/oder Sauerstoff und/oder heißer Rauchgase 12 vorgesehen ist, über die diese Gase, d.h. Heißluft, Sauerstoff und heiße Rauchgase einzeln oder in Mischung von 2 oder 3 dieser in die Oxidationszone 2 eingebracht werden können.The oxidation zone 2 shows a rejuvenation 11 on, being in the rejuvenation 11 Furthermore, a supply line for hot air and / or oxygen and / or hot flue gases 12 is provided, over which these gases, ie hot air, oxygen and hot flue gases individually or in mixture of 2 or 3 this in the oxidation zone 2 can be introduced.

Die Zone für den Koksausbrand 6 ist mit der Zufuhreinrichtung für Primärluft 4 verbunden, so dass sie mit Primärluft durchströmt werden kann. Die Strömungsrichtung ist in 1 mittels eines Pfeils dargestellt.The zone for the coke burnout 6 is with the supply device for primary air 4 connected, so that they can be flowed through with primary air. The flow direction is in 1 represented by an arrow.

Ferner weist die Zone für den Koksausbrand 6 eine Regulator 13 für die Höhe des Koks in der Zone für den Koksausbrand 6 auf.Furthermore, the zone for coke outbreaks 6 a regulator 13 for the amount of coke in the zone for the coke outbreaks 6 on.

Wie der 1 entnommen werden kann, weist der kontinuierliche Vergaserkessel eine Sekundärbrennkammer 14 auf, die sich unterhalb des Vorschubrosts 5 befindet. Mittels einer Zufuhreinrichtung für Sekundärluft 15 kann Sekundärluft in die Sekundärbrennkammer 14 eingeleitet werden.Again 1 can be removed, the continuous carburettor boiler has a secondary combustion chamber 14 on, located below the feed grate 5 located. By means of a supply device for secondary air 15 can secondary air into the secondary combustion chamber 14 be initiated.

Ferner kann ein Wärmetauscher 16 und eine Ableitung für Abgase 17 vorgesehen sein.Furthermore, a heat exchanger 16 and a derivative for exhaust gases 17 be provided.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Ansprüche und die vorstehende Beschreibung „erste“ und „zweite“ Ausführungsformen definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Ausführungsformen ohne eine Rangfolge festzulegen.Of course, the invention is not limited to the illustrated embodiments. The above description is therefore not to be considered as limiting, but as illustrative. The following claims are to be understood as meaning that a named feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of further features. If the claims and the above description define "first" and "second" embodiments, this designation serves to distinguish two similar embodiments without prioritizing them.

Claims

Continuously operable gasification boiler (1) for solid fuels based on the principle of bottom burn-up, comprising: an oxidation zone (2); a solid fuel supply (3), the supply being above the oxidation zone (2); characterized in that the gasification boiler (1) further contains: a primary air supply means (4) located above said solid fuel supply means (3); a feed or return grate (5) located below the oxidation zone (2); and a secondary combustion chamber (14) below the feed or return grate (5).

Gasification boiler (1) to Claim 1 , characterized in that the gasification boiler (1) has a zone for the coke outbreaks (6).

Gasification boiler (1) to Claim 1 or 2 , characterized in that the gasification boiler (1) has an ash discharge device (7).

Carburetor boiler (1) according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that the carburettor boiler (1) has mechanical installations (8) which are adapted to reduce edge currents.

Carburetor boiler (1) according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the carburetor boiler (1) has a Schütthöhenausgleichseinrichtung (9), with which the dumping heights of the fuel is compensated.

Carburetor boiler (1) according to one of Claims 1 to 5 , characterized in that the gasification boiler (1) has at least one temperature sensor (10).

Carburetor boiler (1) according to one of Claims 1 to 6 , characterized in that the gasification boiler (1) in the oxidation zone (2) has a taper (11).

Gasification boiler (1) to Claim 7 , characterized in that the taper (11) has a supply line for hot air and / or oxygen and / or hot flue gases (12).

Carburetor boiler (1) according to one of Claims 2 to 8th , characterized in that the coke burnout zone (6) is connected to the primary air supply means (4).

Carburetor boiler (1) according to one of Claims 2 to 9 , characterized in that the zone for the coke burnout (6) comprises a regulator (13) for the heights of the coke.

Gasification boiler (1) to Claim 1 , characterized in that the carburetor boiler (1) has a supply device for secondary air (15), with the secondary air into the secondary combustion chamber (14) can be conducted.

A process for burning solid fuels, characterized in that the solid fuels in the gasification boiler (1) according to one of Claims 1 until introduced and burned in it.

Method according to Claim 12 , characterized in that the solid fuel is lumpy biomass, in particular pellets, wood chips, loose material and briquettes.

Method according to Claim 12 or 13 , characterized in that at least the oxidation zone (2) filled with the solid fuel and by means of the supply line for hot air and / or oxygen and / or hot flue gases (12) introduced hot air ignition of the solid fuel in the oxidation zone (2).

Use of the continuously operable gasification boiler according to one of Claims 1 to 11 for burning solid fuels.