DE10207083A1

DE10207083A1 - Solid fuel burner for water heater or boiler has basket with perforated floor and sides containing fuel bed and resting on balance monitoring weight of bed

Info

Publication number: DE10207083A1
Application number: DE2002107083
Authority: DE
Inventors: Kidik Osman
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-02-20
Filing date: 2002-02-20
Publication date: 2003-08-28

Abstract

Solid fuel, e.g. pellets or off-cuts of wood, lumps of coal or hazelnut shells is fed into a hopper (14) with a first safety valve (13) at the bottom. The fuel passes this valve and falls into a screw conveyor (15). It passes a second safety valve (10) and is fed into the fuel basket (9) to form a deep fuel bed (8). The basket stands on a balance (1) held on a frame (11). The ash falls onto a tray (2) at the bottom. There is a control circuit (3) at the top, also an ignition device (4) and a heat exchanger (6). The flue gases escape from a chimney (5) at the top, and an air blower (7) is fitted at the top.

Description

In den letzten Jahren als Alternative wird zunehmend der Energieträger Holz benutzt. Dies basiert auf Wirtschafts- und Umweltgründen, mit entscheidend ist, daß Holz nachwachsend ist. Aufgrund dieser Vorteile werden mit Holz automatisch funktionierende Heizungskessel bevorzugt und auch von manchen Staaten wird die Anschaffung finanziell gefördert z. B. Österreich, Deutschland usw. Mit kleinförmigem Feststoffbrennholz werden nur sogenannte Pellets- und Hackschnitzelheizung automatisch betrieben. Mit der Automation sind lange Betriebszeiten ohne manuelle Bedienung gemeint. Das bekannteste Regelungskonzept bei den bisherigen Heizkessel ist Lambdatronic. In recent years, wood as an energy source has been increasingly used as an alternative. This is based on economic and environmental reasons, it is crucial that wood is renewable. Because of these advantages, heating boilers that work automatically with wood preferred and also by some states the purchase is financially supported. B. Austria, Germany etc. With small solid firewood only so-called Pellet and wood chip heating operated automatically. With automation are long Operating times without manual operation meant. The best known control concept in the previous boiler is Lambdatronic.

Die bekannten und bisherigen Holzhackschnitzelheizungen sind in der Anschaffung im Vergleich zu Ölheizungen teuer. Auch sind diese Heizungen vom Holz abhängig, können nur mit kleinförmigem Holz und können nicht mit anderen Feststoffen z. B. Kohle, Koks und Haselnusschalen etc. automatisch betrieben werden. Bisherige automatisch laufende Holzhachschnitzel- und Pelletsheizungen zum Manuelbetrieb umzustellen sind umzuständlich. (Der Manuelle Betrieb kann nötig sein z. B. bei einer Störung im Automationsystem oder wenn nicht mehr förderfähiges Brennholz vorhanden ist.) The well-known and previous wood chip heating systems are in the purchase in Compared to oil heaters expensive. These heaters also depend on the wood, but can only with small-sized wood and can not with other solids such. B. coal, coke and Hazelnut shells etc. are operated automatically. Previously running automatically Woodchip and pellet heating systems to switch to manual operation are laborious. (Manual operation may be necessary e.g. in the event of a fault in the automation system or if Firewood is no longer eligible.)

Es soll eine neue Feststofffördersteuerung mit entsprechender und geeigneter Brennkammerkonstruktionen geschaffen werden. Die Automation soll brennstoffgewicht gesteuert funktionieren. Durch dieses neue Steuerungssystem sollen in der Brennkammer vorhandene Feststoffe gemessen werden und je nach Bedarf und Verbrennung soll ein automatischer Brennstoffnachschub zur Brennkammer aus dem Feststofflager oder Behälter ermöglicht werden. Somit soll immer während der Verbrennung eine bestimmte Menge von Brennstoffe in der Brennkammer vorhanden sein. Die Messung und Systemsteuerung soll elektronisch laufen. It should be a new solid matter control with appropriate and appropriate Combustion chamber designs are created. Automation should be fuel-weight operate controlled. This new control system is said to be in the combustion chamber existing solids should be measured and according to need and combustion should be automatic fuel replenishment to the combustion chamber from the solid storage or container be made possible. This means that a certain amount of Fuels are present in the combustion chamber. The measurement and control panel should run electronically.

Dieses neue Verfahren soll folgendes ermöglichen:

- Die neue Technik soll Garantie geben, dass während der Brennstofförderung zur Brennkammer das Feuer nicht löscht. Das bedeutet, die Brennkammer soll nicht nachträglich oder eine exra Zündung brauchen.
- Dieses neue Verfahren soll in der Herstellung preisgünstig und gegen die bisherigen Heizkessel konkurrenzfähig sein.
- Die neuen Steuerungs- und Fördersystem sollen nicht störungsanfällig sein. Falls keine förderbaren Materialien vorhanden sind, soll der Heizkessel Manuel einfach bedient werden können, z. B. mit großem Scheidholz oder Kohle.
- Kleinförmige Brennstoffe (mit Förderschnecken förderbares Material) sollen mit Förderschnecke gefördert werden. Noch großförmigere Brennstoffe sollen mit dem Förderband gefördert werden können. (Die Materialcharge soll in diesem Fall von oben erfolgen.)
- Die Kapazität die oder Leistung der Brennkammer soll durch diese neue Technik in der Größenordnung z. B. von 4 bis mehreren 100 KW oder noch mehr liegen.
- Diese neue Technik soll außer der Heizung auch für die Energieumwandlung (von Wärme zur elektrischen Energie) ein neues Brennkammermodel ermöglichen.
- Mit dieser neuen Technik soll der Heizkessel nicht nur abhängig vom Holz sein. Für einen automatische Betrieb sollen mit der gewichtgesteuerten Technik verschiedene Festbrennmaterial, wie Kohle, Holz und Nusschalen alleine (einzeln) oder als Mischung gebrannt werden.

This new process is intended to:

- The new technology is intended to guarantee that the fire does not go out while the fuel is being conveyed to the combustion chamber. This means that the combustion chamber should not be retrofitted or need an extra ignition.
- This new process should be inexpensive to manufacture and competitive against the previous boilers.
- The new control and conveyor system should not be susceptible to failure. If there are no eligible materials, the Manuel boiler should be easy to operate, e.g. B. with large logs or coal.
- Small-sized fuels (material that can be conveyed with screw conveyors) should be conveyed with screw conveyors. Even larger fuels should be able to be conveyed on the conveyor belt. (In this case, the material batch should take place from above.)
- The capacity or performance of the combustion chamber should be on the order of z. B. from 4 to several 100 KW or more.
- In addition to heating, this new technology should also enable a new combustion chamber model for energy conversion (from heat to electrical energy).
- With this new technology, the boiler should not only depend on the wood. For automatic operation, various solid fuel materials such as coal, wood and nutshells should be burned alone (individually) or as a mixture using the weight-controlled technology.

Je grösser die Brennkammer und das Fördersystem (Dimension und Kapazität), desto grösser kann auch das Brennmaterial (Geometrie, Korn oder Teilchengrösse, Gewicht, etc.) sein. The larger the combustion chamber and the conveyor system (dimension and capacity), the larger can also be the fuel (geometry, grain or particle size, weight, etc.).

Warum sollen auch als Brennstoff Haselnusschalen verwendet werden?: Die Haselnusschalen sind ein sehr wertvolles Brennmaterial. Der Brennwert von Haselnußschalen ist je nach Haselnußsorte zwischen 4150 und 4550 cal/g (Angaben von Fiskobirlik-Giresun/tr.). Die Haselnuß ist ein sehr wertvolles und gesundes Agrarprodukt. In der Welt werden jährlich im Mittelwert 500.000-600.000 Tonnen Haselnüsse erzeugt. Why should hazelnut shells also be used as fuel ?: The hazelnut shells are a very valuable fuel. The calorific value of hazelnut shells depends on Hazelnut variety between 4150 and 4550 cal / g (data from Fiskobirlik-Giresun / tr.). The Hazelnut is a very valuable and healthy agricultural product. Every year in the world Average produced 500,000-600,000 tons of hazelnuts.

Haselnüsse werden in der Türkei, Italien, Spanien, USA und Griechenland erzeugt. Der türkische Anteil ist bei 65-75%. (Literatur Nr. 1, Werbungprospekt von Fiskobirlik). Hazelnuts are produced in Turkey, Italy, Spain, the USA and Greece. The Turkish Share is 65-75%. (Literature No. 1, advertising brochure by Fiskobirlik).

Ungefähr die Hälfte davon sind Schalen, also 250.000-300.000 Tonnen. Haselnußschalen werden in den haselnussbearbeitenden Fabriken als Nebenprodukt erzeugt. (Das Hauptprodukt sind Haselnusskerne.). Daher kann man diese Schalen als sehr wertvoller Abfall bezeichnen. Haselnüsse sind eine nachwachsende Energiequelle. Die Schalen sind sehr billig. Zur Zeit kostet 1 kg Haselnusschalen ca. 5 Cent. Haselnusschalen sind sehr gut fördertechnisch förderbar und transportfähig. About half of them are shells, i.e. 250,000-300,000 tons. Hazelnut are produced as a by-product in the hazelnut-processing factories. (The main product are hazelnut kernels.). Therefore, these bowls can be described as very valuable waste. Hazelnuts are a renewable energy source. The bowls are very cheap. For now 1 kg of hazelnut shells costs about 5 cents. Hazelnut shells can be funded very well in terms of funding and transportable.

Daher bieten mit Haselnusschalen arbeitende Heizkessel gute neue Möglichkeiten für einen neuen Markt für die Heizkesselhersteller und für eine Benutzung von kostengünstiger Energie. Therefore, boilers working with hazelnut shells offer good new opportunities for you new market for boiler manufacturers and for the use of inexpensive energy.

Der Heizkessel ist so konstruktiert:
Arbeitsprinzip in der Abb. 1 gezeichneten Brennkammer:
Verbrennung und Feuerflamme erfolgen auf der oberen Fläche des Brennstoffes. Durch dieses Feuer und Verbrennung wird der Wärmetauscher gewärmt und erhitzt. Dadurch bekommt man Warmwasser. The boiler is constructed as follows:
Working principle in the combustion chamber shown in Fig. 1:
The combustion and fire flame take place on the upper surface of the fuel. This fire and combustion warms and heats the heat exchanger. This gives you hot water.

Die Brandsicherung ist zu garantieren mit zwei zu montierenden Sicherheitsventilen 10 und 13 (Sicherheitsklappe). Die notwendige Kraft un die Sicherheitsventile zu öffnen und zu schliesen, kann mechanisch oder hydraulisch erzeugt werden. Festförmige Brennstoffe werden vom Hauptlager oder vom Hauptbehälter zum Tagesbehälter (Vorratsbehälter) transportiert. Die Brennstoffe werden vom Vorratsbehälter zur Brennkammer mit einer Förderschnecke gefördert. Fire protection must be guaranteed with two safety valves 10 and 13 to be installed (safety flap). The necessary force to open and close the safety valves can be generated mechanically or hydraulically. Solid fuels are transported from the main store or from the main tank to the day tank (storage tank). The fuels are conveyed from the storage container to the combustion chamber using a screw conveyor.

Die Asche aus der Brennkammer wird durch die vorhandenen Kanäle an der Brennkammer fallen (Abb. 3). Zwei positive Effekte helfen extra noch damit die Asche zum Aschenbehälter einfach fallen kann. Diese Effekte sind Gebläse und Feststoffbewegung in der Brennkammer. The ash from the combustion chamber will fall through the channels on the combustion chamber ( Fig. 3). Two positive effects help so that the ashes can easily fall to the ash container. These effects are blower and solid movement in the combustion chamber.

Obwohl das Gebläse als erstes für die Aufgabe der notwendigen Sauerstoffbesorgung für die Verbrennung gedacht ist, hilft das Gebläse extra die Asche aus der Brennkammer zum Aschenbehälter zu fallen. Although the blower is the first one for the task of providing the necessary oxygen for the Is intended for combustion, the blower helps the ashes from the combustion chamber Fall ashtray.

Während dem Brennstofftransport wird der Brennstoff in der Brennkammer zirkuliert (bewegt). Durch diese Bewegungen fällt die Asche einfach in den darunterliegenden Aschenbehälter. During the fuel transport, the fuel is circulated (moved) in the combustion chamber. With these movements, the ash simply falls into the ash container underneath.

Die Rauchgasaustrittstelle erfolgt wie beim klassischen Ofen oben (Abb. 1., Nr. 5). Die Rauchgasaustrittsstelle (Rauchrohr) kann aber auch an der Nebenseite des Kessels erfolgen. Rauchrohrstelle beim Kessel zu wählen (oben oder neben Seite) Entscheidende Kriterien um die Rauchgasaustrittstelle zu wählen sind, eine maximale Wärmeausnutzung und der Wirkungsgrad des Kessels. Die Rauchrohraustrittstelle kann experimentell festgestellt werden. The flue gas outlet is the same as for the classic stove above ( Fig. 1, No. 5). The flue gas outlet (flue pipe) can also be located on the side of the boiler. Choosing a flue pipe for the boiler (above or next to the side) Decisive criteria for choosing the flue gas outlet are maximum heat utilization and the efficiency of the boiler. The smoke pipe outlet point can be determined experimentally.

Für die Steuerung hat das Gewichtmeßgerät (2) eine sehr wichtige Funktion. Als Gewichtmeßgerät ist eine entsprechende und geeignete Waage zu wählen und zu montieren. Ein entsprechende und geeignete Waage bedeutet: Die Waage ist je nach Brennkammerkapazitat und -größe zu wählen und zu montieren. Die Waage muß auch für die Schaltung geeignet sein. Daher kann eine elektronische Waage diese Anforderungen einfach erfüllen. The weight measuring device ( 2 ) has a very important function for the control. A suitable and suitable balance must be selected and installed as a weight measuring device. A suitable and suitable balance means: The balance must be selected and assembled depending on the combustion chamber capacity and size. The scale must also be suitable for switching. An electronic scale can therefore easily meet these requirements.

Als Meßsystem kann auch eine Kraftmeßdose montiert werden. Weil wie man aus Physik weiß, besteht zwischen Masse und Kraft ein Zusammenhang (F = m.g). A load cell can also be installed as a measuring system. Because as you know from physics, there is a connection between mass and force (F = m.g).

Das Gewichtmeßgerät in der Brennkammer muß für die Hochtemperatur sehr gut isoliert werden (Abb. 1, Teilenummer 1). Oder es ist als ein alternativer Montagenplatz vom Gewichtmeßgerät wie Abb. 2 zu wählen. Die nicht erwünschte Einwirkung von Wärme zum Meßgerät kann somit beseitigt werden. The weight measuring device in the combustion chamber must be very well insulated for the high temperature ( Fig. 1, part number 1 ). Or it can be selected as an alternative assembly place from the weight measuring device as Fig. 2. The undesired exposure of heat to the measuring device can thus be eliminated.

Arbeitsprinzip in Abb. 4 gezeichnete Brennkammer:
Diese Brennkammer hat auch steuerungstechnisch das gleiche Arbeitsprinzip. Die Automation erfolgt auch durch Gewichtsteuerung wie in der Abb. 1. Als Unterschied; Material charge erfolgt oben und die Verbrennung findet unten, also zwischen Brennkammer Boden und Aschenbehälter statt. Working principle shown in Fig. 4:
This combustion chamber also has the same working principle in terms of control technology. Automation is also done by weight control as in Fig. 1. As a difference; Material charge takes place at the top and the combustion takes place at the bottom, i.e. between the combustion chamber bottom and the ash container.

Das Gewichtmeßgerät ist oben auf dem Kessel zu montieren. Dieses Schema zeigt, daß man die Brennstoffe auch mit Förderband zur Brennkammer fördern kann. The weight measuring device is to be mounted on top of the boiler. This scheme shows that the Can also convey fuels to the combustion chamber using a conveyor belt.

Für Brennstoffe, die mit der Förderschnecke zum fördern nicht geeignet sind, kann dieses Model gedacht werden. This can be used for fuels that are not suitable for conveying with the screw conveyor Be thought of as a model.

control

Für die Steuerung ist ein Gewichtwert des Brennstoffes (Gmax) zu wählen. Gmax ist ein maximales Gewicht (Menge), was die Brennkammer maximal haben darf (Abb. 1, ho). Für die Steuerung ist noch ein ΔG-Wert zu wählen. ΔG-Wert entspricht einem Δh-Wert (Abb. 1). Diese beiden Gmax und ΔG-Werte sind je nach Brennkammerdimension und Brennstoffeigenschaften festzustellen. A weight value of the fuel (Gmax) must be selected for the control. Gmax is a maximum weight (quantity) that the combustion chamber may have at maximum ( Fig. 1, ho). A ΔG value must also be selected for the control. ΔG value corresponds to a Δh value ( Fig. 1). These two Gmax and ΔG values can be determined depending on the combustion chamber dimension and fuel properties.

Nachdem eine bestimmte Menge von Brennstoffe (ΔG) gebrannt ist, die beide Sicherheitsventil (10 und 13) öffnen sich (durch die Schaltung) und schaltet den Förderschneckenantrieb ein und ein ΔG-Wert (kg) wird zur Brennkammer gefördert. So ist der Materialnachschub zu bekommen und somit ist Gmax wieder erreicht. Dann schaltet der Förderantrieb aus und beide Rückbrandventile werden zu. Somit wird ein kontinuierlicher automatischer Betrieb geschaffen. Als eine zweite alternative Lösung können die Schaltungen zwischen Sicherheitsventile und Gewichtmeßgerät gewichtgesteuert und zwischen Sicherheitsventile und Förderantrieb zeitgesteuert erfolgen. Das bedeutet in der Praxis: Zuerst sind die Ventile zu öffnen und nach einpaar Sekunden der Förderantrieb einzuschalten. Dadurch ist zwischen der Förderschnecke und dem Sicherheitsventil (10) bildende Materialstau und Druck zu beseitigen. Nachdem die gewünschte Menge (ΔG) erreicht ist, muß zuerst der Förderantrieb ausschalten und nach einpaar Sekunden die Sicherheitsventile einschalten d. h. die Sicherheitsventile müssen sich schließen. LITERATUR 1. Werbungsprospekt von Fiskobirlik Giresun-Türkey Erscheinungsjahr: 1991-1992
FISKOBIRLIK FINDIK TARIM SATIS KOOPERATIFLERI BIRLIGI
Fatih cad. No: 79
28109 Giresun/TR After a certain amount of fuel (ΔG) is burned, both safety valves ( 10 and 13 ) open (through the circuit) and switch on the screw conveyor drive and a ΔG value (kg) is conveyed to the combustion chamber. This is how the material replenishment can be obtained and Gmax is reached again. Then the conveyor drive switches off and both burn-back valves are closed. This creates a continuous automatic operation. As a second alternative solution, the circuits between the safety valves and the weight measuring device can be weight-controlled and between the safety valves and the conveyor drive can be time-controlled. In practice, this means: First open the valves and switch on the conveyor drive after a few seconds. This eliminates the build-up of material and pressure between the screw conveyor and the safety valve ( 10 ). After the desired quantity (ΔG) has been reached, the conveyor drive must first switch off and the safety valves must switch on after a few seconds, ie the safety valves must close. LITERATURE 1. Fiskobirlik Giresun-Türkey advertising brochure Publication year: 1991-1992
FISKOBIRLIK FINDIK TARIM SATIS KOOPERATIFLERI BIRLIGI
Fatih cad. No: 79
28109 Giresun / TR

Claims

1. It is known with previous automatic boilers that you can only use small-sized wood (so-called pellets or wood chips) can work automatically. In this sense, automatically means fuel delivery for several days Combustion control. In short: They depend on small-sized wood as fuel. The The best-known control concept in previous boilers is Lambdatronic.

2. Weight controlled combustion chamber for boilers:
New technology and working principles used for the weight-controlled combustion chamber: How the automation and control is achieved by the weight control, how the desired amount of fuel (in kg) to the combustion chamber takes place in terms of control technology and conveyor technology, and the physical and constructive innovations used for it.
The weight-controlled process stops the dependence on wood as a solid fuel and the new technology also allows coal and hazelnut shells to be burned for automation and control as a solid.
In order to get these advantages, the applied new technology, Fig. 1 and Fig. 4 belongs to patent protection.