DE19817122A1 - Vorrichtung zum Verbrennen von stückigem Brenngut - Google Patents
Vorrichtung zum Verbrennen von stückigem BrenngutInfo
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Abstract
Eine Vorrichtung zum Verbrennen von Holz- oder Holzabfallstücken besteht aus einem um eine schrägstehende Achse rotierenden Brennkegel und einem feststehenden, der Brennkegelöffnung gegenüberstehenden Nachbrenner. Der Brennkegel weist mit Unterwindblaslöchern versehene Tragarme auf, und der Nachbrenner ist mit einer Einrichtung zum tangentialen Einleiten von Oberwind an seinem austrittsseitigen Ende versehen. Die Abmessungen von Brennkegel und Nachbrenner sind so bestimmt, daß sich bei erhöhter Belastung des Brennkegelrostes ein äußerst CO-armes Verbrennungsabgas mit minimalem Staubgehalt ergibt, auch wenn das in der Vorrichtung verbrannte Abfallholz belastet ist.
Description
Zur Verbrennung von stückigem Brenngut, insbesondere Holz oder
Holzabfallstücken sind Rostfeuerungsanlagen bekannt, bei denen
der Verbrennungsrost aus einem um eine schrägstehende Achse
drehangetriebenen Hohlkegelstumpf besteht, dessen Innenraum mit
dem Brenngut versorgt wird und der von unten mit Unterwind
beaufschlagt wird. Der Verbrennungsrost hat Öffnungen zwischen
den ihn bildenden Roststäben, durch die der Unterwind jedoch nur
zum kleinen Teil strömen kann, weil der auf dem Verbrennungsrost
liegende Brennstoff diese Öffnungen teilweise versperrt. Der
größere Teil des Unterwindes wird daher gewöhnlich seitlich und
nach unten abgelenkt. Das auf dem Verbrennungsrost liegende
Brenngut erhält dadurch nicht genügend Verbrennungsluft.
Zur Nachverbrennung der von dem Brenngut aufsteigenden Flammgase
ist bei der bekannten Rostfeuerungsanlage oberhalb der Mündung
des kegelstumpfförmigen Verbrennungsrostes eine Nachbrennkammer
angeordnet, in die die aufsteigenden Flammgase den zur Nachver
brennung erforderlichen Oberwind ansaugen.
Die Erfahrungen mit den bekannten Rostfeuerungen der vorgenann
ten Art haben gezeigt, daß mit ihnen Rostbelastungen von allen
falls 0,5 bis 0,8 MW/m2 erzielbar sind. Weiterhin wurden CO-
Gehalte im aus der Nachbrennkammer austretenden Abgas von 200
mg/m3 und mehr gemessen. In den Abgasen war ein Staubgehalt von
1000 bis 2000 mg/m3 und mehr enthalten, was eine aufwendige
Abgasentstaubung notwendig machte.
Angesichts der geringen Rostbelastung und der hohen CO- und
Ascheanteile in den Abgasen haben sich Rostfeuerungen der vorge
nannten Art in der Praxis nicht durchgesetzt.
Unter Umweltgesichtspunkten stellt sich in letzter Zeit mehr und
mehr die Aufgabe, Holzstücke, insbesondere Abfallholz, auch
belastetes Abfallholz, einer wirtschaftlichen Verwertung zuzu
führen, zum einen, um fossile Brennstoffe durch nachwachsende
Brennstoffe zu ersetzen, und zum anderen, um Deponieprobleme bei
belastetem Abfallholz, beispielsweise aus Hausabbrüchen, Möbel
schreinereien und dgl., zu vermeiden. Mit dem bekannten Stand
der Technik der eingangs genannten Art läßt sich dieses Problem
aber nicht umweltschonend und dabei wirtschaftlich lösen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der
eingangs genannten Art anzugeben, mit der stückiges Brenngut,
insbesondere Holz oder Holzabfall, auch belastetes Abfallholz,
mit hohem Wirkungsgrad und umweltschonend, d. h. mit extrem
niedrigen CO- und Staubanteilen in den Verbrennungsabgasen,
verbrannt werden können.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale
gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegen
stand der Unteransprüche.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird nicht nur eine gradu
elle, sondern eine sprunghafte Verbesserung der Verbrennung
gegenüber dem bisherigen Stand der gesamten Rostfeuerungstechnik
erreicht. Mit der Erfindung erzielt man Rostbelastungen von 3
bis 4 MW/m2, also eine fünffache Steigerung des Wirkungsgrades
der Vorrichtung, eine Absenkung des CO-Gehaltes der Verbren
nungsgase auf bis herab zu 10 mg/m3 was die Verbrennungsqualität
kennzeichnet, und eine Verminderung des Staubgehaltes in den
Verbrennungsabgasen auf weit unter 500 mg/m3 ohne Filterungsmaß
nahmen. Brauchte man bei Rostfeuerungsanlagen nach dem Stand der
Technik mindestens einen Luftüberschuß entsprechend 6 bis 7% O2
im Abgas, um die TA-Luft einzuhalten (CO < 250 mg/m3), genügt bei
der Erfindung ein Überschuß von 1,3% O2. Entsprechend verringern
sich die Abgasverluste.
Versuche mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung einer Feue
rungsleistung von 4 MW haben ergeben, daß die Abgase optisch
klar sind und die in ihnen noch enthaltenen Staubmengen so
gering sind, daß die Partikelgrößen nicht klassifizierbar sind.
Diesen Versuchen lag als Brennstoff belastetes Abfallholz,
geschreddert auf maximal 200 mm Kantenlänge, zugrunde, das Pla
stikbeschichtungen, Anstriche und stickstoffreiche Spanplatten
reste enthielt. Nach Einregulierung der Luftführung an Verbren
nungsrost und Nachbrennkammer wurden folgende Emissionen gemes
sen: O2-Gehalt in den Verbrennungsabgasen: 2,5%, CO-Gehalt in den
Verbrennungsabgasen: 9 mg/m3. In den Abgasen konnte optisch kein
Staub erkannt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf ein in den
Zeichnungen dargestelltes Ausführungsbeispiel, mit dem die
genannten Versuchen durchgeführt wurden, näher erläutert. Es
zeigt:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Darstellung einer Vorrich
tung nach der Erfindung, ohne äußere Tragstrukturen;
Fig. 2 einen Radialschnitt durch den zylindrischen Abschnitt
des Verbrennungsrostes;
Fig. 3 einen Axialschnitt durch einen einzelnen Tragarm;
Fig. 4 den Schnitt durch den Tragarm längs der Linie IV-IV
von Fig. 3;
Fig. 5 einen Schnitt durch den Tragarm längs der Linie V-V von
Fig. 3;
Fig. 6 eine schematische Darstellung der Rollenlagerung des
Laufrings;
Fig. 7a bis 7c verschiedene Ansichten eines Roststabes aus dem
kegelstumpfförmigen Abschnitt des Verbrennungsrostes;
Fig. 8a und 8b einen Radialschnitt und einen Axialschnitt durch
den Luftsammelraum einer Einrichtung zur Zuführung des Oberwin
des ab oberen Ende der Nachbrennkammer.
Fig. 1 zeigt in Seitenansicht, teilweise geschnitten, eine Vor
richtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorlie
genden Erfindung. Diese Vorrichtung besteht im wesentlichen aus
einem um eine schrägstehende Achse O drehbar gelagerten, hohlen,
kegelähnlichen Feuerungsrost K, der in einem Gehäuse G angeord
net ist, und einem der Mündung des Feuerungsrostes K gegenüber
stehenden Nachbrenner N, der eine kegelstumpfförmig gestaltete
Nachbrennkammer enthält, deren Öffnung größeren Durchmessers dem
Feuerungsrost K gegenübersteht. An den Nachbrenner N schließt
sich austrittsseitig eine Oberwindzuführeinrichtung W an.
Das Gehäuse G ist in zwei lösbar miteinander verbundene Teile G1
und G2 unterteilt, von denen der Gehäuseteil G1 zusammen mit dem
Nachbrenner N von einer hier nicht dargestellten Tragstruktur
stationär gehalten ist, während der eine Rückwand des Gehäuses G
bildende Gehäuseteil G2 zusammen mit dem Verbrennungsrost K von
einem verfahrbaren Schlitten S gehalten ist. Nach Lösen der
Gehäuseverbindung V ist daher der Verbrennungsrost K aus dem
Gehäuseteil G herausfahrbar, beispielsweise für Inspektions- und
Wartungszwecke.
Der Verbrennungsrost, der nachfolgend mit Brennkegel K bezeich
net werden soll, weist einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 1,
einen sich an dessen Ende größeren Durchmessers koaxial
anschließenden zylindrischen Abschnitt 2 und einen sich an die
sen koaxial anschließenden, sich im Öffnungsdurchmesser veren
genden, kegelstumpfförmigen Aufsatz 3 auf. Die Brenngutauflage
fläche dieses Brennkegels K besteht aus Roststäben 4, aus warm
festem Guß und aus hohlen, radial/axial verlaufenden Tragarmen 5
und Ringträgern 6, die die Tragarme 5 umschließen und miteinan
der verbinden. Der Brennkegel K ist an seinem Ende kleineren
Durchmessers d von mehreren hohlen, achsparallelen Beinen 7
gehalten, die in die Tragarme 5 übergehen und an ihren den Trag
arm 5 abgewandten Enden an einer sich radial erstreckenden Trag
platte 8 befestigt sind. Die Tragplatte 8 hat eine der Anzahl
der Beine 7 entsprechende Zahl von Durchbrüchen 9, durch die
hindurch die Innenräume der Beine 7 mit Luftkammern 10 in einem
Luftsammelkasten in Verbindung stehen. Diese Luftkammern 10 sind
an einem Ende von der Tragplatte 8 und am anderen Ende von einem
Laufring 11 abgeschlossen, der von zwei Rollenanordnungen 12 an
dem Schlitten 5 drehbar abgestützt ist, siehe hierzu auch Fig.
6.
Auf der dem Brennkegel K zugewandten Seite ist die Tragplatte 8
von einer Platte 13 aus Feuerfestbeton als Wärmeschutz bedeckt.
Die Achse O des Brennkegels K weist gegenüber der Horizontalen
einen Neigungswinkel α von 35° auf. Der Öffnungswinkel β des
Brennkegels K beträgt 100°. Die unterste Mantellinie des kegel
stumpfförmigen Abschnitts 1 des Brennkegels hat gegenüber der
Horizontalen somit eine Neigung von 15°.
Das untere Ende des kegelstumpfförmigen Abschnitts 1 ist von
einer Tellerklappe 14 verschlossen, die mittels einer Spindel 15
in eine Öffnungsstellung nach unten zurückgefahren werden kann,
um Rückstände aus dem Innenraum des Brennkegels K entleeren zu
können.
Auf der dem Brennkegel K abgewandten Seite des Laufrings 11
liegt auf diesem ein Gleitdichtungsring 16 auf, der durch eine
Vielzahl von Schraubendruckfedern 17 an dem Laufring 11 in
Anlage gehalten wird. In diesem Gleitdichtungsring 16 sind eine
der Anzahl der Luftkammern 10 entsprechende Zahl von Bohrungen
Anschlußstutzen 18 ausgebildet, die jeweils über Kompensations
schläuche 19 mit einer Unterwindzuführkammer 20 verbunden sind,
die von dem Schlitten S getragen wird. Es ist ferner zu erwäh
nen, daß der Laufring 11 eine der Anzahl der Luftkammern 10 ent
sprechende Zahl von Bohrungen 21 aufweist, die mit den Bohrungen
in dem Gleitdichtungsring 16 fluchten. In der Verbindung zwi
schen der Unterwindzuführkammer 20 und den Kompensationsschläu
chen 19 ist jeweils ein Stellschieber 22 angeordnet. Die Luftzu
führung von der Unterwindzuführkammer 20 zu den Innenräumen der
Tragarme 5 erfolgt somit über die Ventilschieber 22, Kompensati
onsschläuche 19, Anschlußstutzen 18, Bohrungen im Gleitdich
tungsring 16, Bohrungen 21 in dem Laufring 11, Luftkammern 10,
Öffnungen 9 in der Tragplatte 8 und Beine 7.
An der Tragplatte 8 ist zentrisch eine Welle 23 befestigt, die
ein sich vom Brennkegel K weg nach unten erstreckendes Ende auf
weist, das in einem Pendelrollenlager 24 am Schlitten S gelagert
ist.
Ein Getriebemotor M, der am Schlitten S befestigt ist, versetzt
über eine Stirnverzahnung über den Laufring 11 den Brennkegel K
in Drehung um seine Achse O.
Fig. 2 zeigt eine Radialschnittansicht durch den zylindrischen
Abschnitt 2 des Brennkegels K. Man erkennt in Fig. 2 insgesamt
zwölf hohle Tragarme 5, die in gleichmäßigen Winkelabständen
angeordnet sind. Zwischen den Tragarmen 5 sind an in Umfangs
richtung verlaufenden Flachstahlringen 6 eine Vielzahl von Rost
stäben 4 angebracht. Die Roststäbe 4 sind in jeweils zwei
benachbarte Flachstahlringe 6 eingehängt. Im zylindrischen
Abschnitt 2 weisen die Roststäbe 4 einander parallele Seiten
auf, während die im kegelstumpfförmigen Abschnitt 1 angebrachten
Roststäbe 4 eine leicht keilförmige Gestalt aufweisen. Auf
Details wird später eingegangen.
Jeder Tragarm 5 weist auf seiner dem Innenraum des Brennkegels K
zugewandten Seite eine Vielzahl von Öffnungen 25 auf, die in
Fig. 2 nicht dargestellt sind, jedoch in der Schnittdarstellung
von Fig. 3 deutlich zu erkennen sind. Die Tragarme 5 haben im
Bereich des zylindrischen Abschnitts 2 des Brennkegels K gemäß
Fig. 4 runden Querschnitt, während sie im kegelstumpfförmigen
Abschnitt 1 gemäß dem Schnitt von Fig. 5 ovalen Querschnitt
haben. Man erkennt in Fig. 3, daß die Tragarme 5 am Ende kleine
ren Durchmessers des kegelstumpfförmigen Abschnitts 1 der Brenn
kammer K jeweils in ein Bein 7 übergehen. Die Beine 7 haben, wie
in Fig. 1 dargestellt ist, ebenfalls ovalen Querschnitt.
Die dem Innenraum des Brennkegels K zugewandten Seiten der Trag
arme 5 erheben sich gemäß den Fig. 2, 4 und 5 teilweise über die
Brenngutauflagefläche, die im Brennkegel K von den Roststäben 4
gebildet wird. Dieses ermöglicht es, die Öffnungen 25 jeweils
seitlich zu einer den Tragarm 5 schneidenden Axialebene E anzu
ordnen, d. h. die Öffnungen 25 sind jeweils schräg zu dieser
Axialebene E und damit auch zu der Brenngutauflagefläche gerich
tet, so daß die Gefahr vermindert ist, daß die Öffnungen 25 von
daraufliegendem Brenngut verschlossen werden. Außerdem begün
stigt das Vorstehen der Tragarme 5 über die Brenngutauflage
fläche den Mitnahmeeffekt bei der Rotation des Brennkegels K,
die zu einem Umwälzen des im Brennkegel K befindlichen Brenn
gutes führt.
Auf der dem Innenraum des Brennkegels K abgewandten Seite weisen
die Tragarme 5 ebenfalls Öffnungen 26 auf, die dazu bestimmt
sind, aus dem Brennkegel K in das Gehäuse G hinabgefallene
Brenngutpartikel mit Luft für den vollständigen Ausbrand zu ver
sorgen. Außerdem können durch diese "äußeren" Öffnungen 26 Par
tikel aus den Tragarmen 5 ausgeblasen werden, die evtl. in diese
durch die Öffnungen 25 eingedrungen sind.
Die Öffnungsquerschnitte der Öffnungen 25, die dem Innenraum des
Brennkegels K zugewandt sind, sind so bemessen, daß die Summe
der Öffnungsquerschnitte pro Längeneinheit des Tragarmes 5 pro
portional der nominalen Brenngutmenge ist, die pro Längeneinheit
des Tragarms 5 im Brennkegel zu erwarten ist. Hierdurch wird
eine gleichmäßige Versorgung des Brennguts mit Unterwind sicher
gestellt.
Die Fig. 7a bis 7c zeigen einen einzelnen Roststab 4 aus dem
äußeren Bereich des kegelstumpfförmigen Abschnitts 1 des Brenn
kegels K von der Seite, von oben und von der Stirnseite. Man
erkennt, daß der Roststab 4 einen querlaufenden Abschnitt 27
aufweist, der eine Auflagefläche A für das Brenngut bildet, und
ferner eine davon vorstehende Rippe 28 hat, die der Aussteifung
und Wärmeableitung dient. Der querlaufende Abschnitt 27 hat zu
beiden Seiten eine sich fast über die gesamte Länge des Roststa
bes 4 erstreckende Auskehlung 29, die um eine Distanz d1 von etwa
2 mm zurückgesetzt ist, so daß zwei benachbarte Roststäbe zwi
schen sich einen Spalt von etwa 4 mm Breite ausbilden, bzw. ein
einzelner Roststab 4 mit einem benachbartem Tragarm 5 einen
Spalt von etwa 2 mm Breite ausbildet.
Für die Erreichung des von der Erfindung angestrebten Erfolges
hat bezogen auf eine Feuerungsleistung von 4 MW der gesamten
Vorrichtung der kegelstumpfförmige Abschnitt 1 des Brennkegels K
an seinem einen (unteren) Ende an der Tellerklappe 14 einen
Durchmesser d von 380 mm, und an seinem anderen (oberen) Ende
einen Durchmesser D von 1.500 mm. Der sich an dieses obere Ende
anschließende zylindrische Abschnitt 2 hat entsprechend einen
Durchmesser D von 1.500 mm und eine axiale Länge L von 320 mm.
Der sich an den zylindrischen Abschnitt 2 anschließende Aufsatz
3 hat eine axiale Länge L1 von 150 mm und einen freien Öffnungs
durchmesser D1 am Austrittsende von 1.180 mm. Die Tragarme 5
bestehen im zylindrischen Abschnitt 2 aus CrNi-Schleuderguss
rohren O 60 × 10 mm. Im kegelstumpfförmigen Abschnitt sind diese
Schleudergussrohre zu zwei Halbschalen aufgeschnitten und durch
dreieckförmige, eingeschweißte Platten zu ovalähnlichen Quer
schnitten sich in Richtung auf die Beine 7 zunehmender Quer
schnittsgröße erweitert.
In dem Gehäuse G befindet sich unterhalb des Brennkegels K ein
Abschnitt, in dem Asche gesammelt wird. In diesem Abschnitt
befindet sich eine motorgetriebene Förderschneckenanordnung 29,
die die Asche in einen Ascheaustrag 30 nach oben abfördern kann.
Es sei an dieser Stelle betont, daß die Konstruktion des Brenn
kegels K mitsamt der Art seiner Halterung, Lagerung und Luftzu
führung eine selbständig erfinderische Baugruppe darstellt, die
als Feuerungsrost auch in anderen Anlagen als der hier beschrie
benen Vorrichtung einsetzbar ist.
Der Nachbrenner N ist in Fig. 1 in seiner oberen Hälfte
geschnitten dargestellt und enthält eine Nachbrennkammer 31
kegelstumpfförmigen Querschnitts mit einem unteren Eintritts
durchmesser D2 und einem oberen Austrittsdurchmesser D3. Die
Eintrittsöffnung des Durchmessers D2 steht der Mündung des Auf
satzes 3 des Brennkegels K mit einem geringen Abstand gegen
über. Die Nachbrennkammer 31 ist vorzugsweise koaxial zum
Brennkegel K angeordnet, d. h. koaxial zu dessen Umlaufachse O.
Im unteren Bereich weist die Brennkammer 31 an ihrer Oberseite
eine Schachtöffnung mit einem daran angesetzten Schacht 32 auf.
Diese Schachtöffnung ist vertikal über der Mündung des Brennke
gels K angeordnet, die durch die Austrittsöffnung des Aufsatzes
3 definiert ist, so daß durch den Schacht 32 eingeworfenes
Brenngut in den Innenraum des Brennkegels K auf den Verbren
nungsrost fällt. Benachbart der genannten Schachtöffnung ist in
der Wand der Brennkammer 31 eine weitere Öffnung 33 ausgebildet,
durch die hindurch ein Zündbrenner (nicht dargestellt) eine
Zündflamme auf den unteren Bereich des Innenraums des Brennke
gels K richten kann, um darauf befindliches Brenngut zu entzün
den.
Die Nachbrennkammer 31 ist von einem Gehäuse G3 umgeben, das mit
dem feststehenden Gehäuseteil G1 mittels einer Flanschverbindung
34 verbunden ist.
An das obere Ende des Nachbrenners N schließt sich die schon
erwähnte Einrichtung W zur Zuführung von Oberwind an, die mit
dem Nachbrenner N mittels einer Flanschverbindung 35 verbunden
ist.
Die Oberwindzuführeinrichtung W besteht gemäß den Fig. 8a und 8b
aus einem zylindrischen Gehäuse G4, das eine ringförmige Luftsam
melkammer mit zylindrischen Innen- und Außenwänden ausbildet, in
die tangential eine Oberwindzuführleitung 36 mündet. Die Innen
wand der Luftsammelkammer ist von zwei Leitblechen 37 gebildet,
die leicht spiralförmig gebogen sind und sich jeweils um etwas
mehr als die Hälfte eines Kreisumfangs mit einem mittleren
Durchmesser D4 erstrecken. Jedes Leitblech 37 weist eine sich
entgegen der Oberwindeinblasrichtung tangential erstreckende
Zunge 38 auf, die mittels eines Gestänges 39 von außen radial
verstellbar ist. Auf diese Weise ist ein zwischen der Zunge 38
und dem benachbarten Ende des anderen Leitblechs 37 ausgebilde
ter Spalt 40 in seiner Breite D2 an der engsten Stelle verstell
bar. Die Einrichtung W dient dazu, eine durch den Anschluß 36
tangential in sie eingeleitete Oberwindströmung tangential zur
Innenwand der Nachbrennkammer 31 in diese einzuleiten, so daß
sich in dieser eine torusförmig wirbelnde Strömung ergibt, die
sich vom oberen Ende der Nachbrennkammer in Richtung auf den
Brennkegel K fortbewegt.
An die Einrichtung W schließt sich austrittsseitig ein Kragen 41
an, der einen verengten Querschnitt des Durchmessers D5 aufweist,
der von einer feuerfesten Ausmauerung 42 begrenzt ist.
Bezogen auf die bereits angegebene Feuerungsleistung der Vor
richtung von 4 MW wird der von der Erfindung angestrebte Erfolg
erreicht, wenn der Eintrittsdurchmesser D2 der Nachbrennkammer 31
an ihrem unteren Ende 1.300 mm, ihr Austrittsdurchmesser D3 am
oberen Ende 850 mm beträgt und sie eine Länge L2 von 1.270 mm
hat. Die Oberwindzuführvorrichtung hat eine axiale Länge L3 von
vorzugsweise 410 mm, und der mittlere freie Querschnitt, der von
den Leitblechen 37 umschlossen wird, hat einen Durchmesser D4 von
850 mm. Die Spaltbreite d2 zwischen Leitblech 37 und Zunge 38
kann zwischen 5 und 30 mm betragen und liegt vorzugsweise bei
jeweils 15 mm. Der freie Öffnungsdurchmesser D5 des Kragens 41
liegt vorzugsweise bei 700 mm.
Möchte man andere Feuerungsleistungen als die im Beispiel ange
gebenen 4 MW realisieren, gilt für den Brennkegel K das
Jung'sche Gesetz, wonach die Leistung proportional der 2,5-ten
Potenz des Durchmessers ist, bei gleichbleibendem Öffnungswinkel
β. Bezüglich der Nachbrennkammer, die ein Strömungsbild der
freien Turbulenz hat, das nicht von der Reynolds-Zahl abhängt,
gilt, daß bei gleichbleibendem Öffnungswinkel (gleichem Druck
verlust) die Leistung proportional der 2-ten Potenz des Durch
messers ist. Der größere Durchmesser D2 der Nachbrennkammer ist
bei Änderungen der Abmessungen an den Mündungsdurchmesser D1 des
Brennkegelaufsatzes 3 anzupassen.
Zum Betrieb der Vorrichtung wird der Brennkegel K vorzugsweise
zunächst vorgewärmt mit Hilfe des (nicht dargestellten) Zünd
brenners, der durch die Öffnung 33 in der Nachbrennkammerwand
hindurch in den Brennkegel K feuert. Sodann wird durch den
Schacht 32 Brennstoff in den mittels des Motors M in Drehung
versetzten Brennkegel K gegeben, wobei die eingegebene Brenngut
menge so zu bemessen ist, daß sie durch die Drehbewegung des
Brennkegels K nicht über den Rand der Öffnung des Ansatzes 3
hinaus abgeworfen wird. Dabei wird sogleich oder vorzugsweise
erst nach Entzündung des Brenngutes Unterwind zugeführt, der
durch die Öffnungen 25 austritt. Sodann wird Oberwind in die
Nachbrennkammer 31 eingeleitet, der in dieser aufgrund der sich
darin einstellenden Strömung im achsnahen Bereich einen Unter
druck hervorruft, der am größten am Austrittsende der Nachbrenn
kammer 31 ist. Die aus dem Brennkegel K austretenden Flammgase
werden dadurch in die Nachbrennkammer 31 eingesaugt und dort mit
dem Oberwind innig durchmischt und verbrannt. In den Flammgasen
enthaltene Staubteilchen werden durch die in der Nachbrennkammer
wirbelnde Strömung radial ausgeschleudert und fallen am unteren
Ende der Nachbrennkammer 31 in den Ascheaufnahmeraum des Gehäu
ses G.
Wenn die Brenngutmenge im Brennkegel K aufgrund des Abbrands in
ausreichendem Maße abgenommen hat, was beispielsweise mittels
eines Kraftmessers erfaßt werden kann, der zwischen dem Pendel
rollenlager 24 und dem Schlitten S angeordnet ist (nicht darge
stellt), oder wenn der O2-Gehalt der Verbrennungsabgase zu stei
gen beginnt, was durch eine λ-Sonde erfaßt werden kann, wird
durch den Schacht 32 neues Brenngut zugeführt.
Es sei angemerkt, daß die Unterstützung durch die Zündflamme
abgestellt werden kann, wenn das Brenngut im Brennkegel k aus
reichend entzündet worden ist.
Durch die Drehbewegung des Brennkegels K wird das auf dem Ver
brennungsrost liegende Brenngut ständig umgewälzt, wodurch es
sich zerreibt und insbesondere die Asche abreibt, die durch die
Spalte zwischen den Roststäben bzw. zwischen den Roststäben und
den Tragarmen in den Ascheaufnahmeraum des Gehäuses G fällt, wo
sie ggf. vollständig ausbrennt, da dem Ascheaufnahmeraum ein
geringer Anteil Unterwind durch die Öffnungen 26 in den Tragar
men 5 zugeführt wird.
Im Betrieb wird die den einzelnen Tragarmen 5 zugeführte Unter
windmenge vorzugsweise individuell unter Berücksichtigung der
auf ihnen örtlich befindlichen Brenngutmenge eingestellt. Diese
Einstellung erfolgt mit Hilfe der Ventilschieber 22 derart, daß
die im unteren Bereich des Gleitdichtrings 16 angeordneten Ven
tilschieber 22 weiter geöffnet werden, als die im oberen Bereich
desselben angeordneten Ventilschieber. Letztere können auch ganz
geschlossen sein, doch ist es günstig, wenn sie teilgeöffnet
sind, um zu verhindern, daß in die Öffnungen 25 der frei liegen
den Tragarme 5 hindurch im oberen Bereich des Brennkegels k Par
tikel eingeblasen werden.
Die angegebenen Abmessungen und räumlichen Anordnungen geben den
optimalen Zustand der erfindungsgemäßen Vorrichtung wieder. Bei
Abweichungen davon hört der von der Erfindung erreichte Effekt
jedoch nicht etwa schlagartig auf, sondern wird kontinuierlich
schlechter:
- a) Verkleinert man den Neigungswinkel des Brennkegels K werden der Speicherinhalt des Brennkegels und damit die Verweilzeit des Brennguts und die Verbrennungsleistung kleiner. Vergrößert man den Winkel, werden die Brenngutumwälzung und der hierdurch her vorgerufene Ascheabtrenneffekt schlechter, wodurch Leistung und Ausbrand verschlechtert werden.
- b) Vorgenanntes gilt auch für eine Verkleinerung bzw. Vergröße rung des Öffnungswinkels des Brennkegels K.
- c) Wählt man anstelle der Kegelstumpfform eine kegelähnliche Form, funktioniert der Ascheabtrenneffekt nur noch minimal, und die Leistung wird kleiner.
- d) Verkleinert man den Querschnitt der Tragarme, benötigt man einen höheren Gebläsedruck für den Unterwind und erhält man eine schlechte Luftverteilung längs der Tragarme. Vergrößert man den Querschnitt der Tragarme, wird der Abstand zwischen den Beinen so klein, daß nach dem Öffnen der Tellerklappe grobstückige Rückstände zwischen den Beinen hängenbleiben.
- e) Neigt man die Achse der Nachbrennkammer gegen die Achse des Brennkegels, wird die Strömung in der Nachbrennkammer unsymme trisch, und das Abgas, das die Nachbrennkammer verläßt, wird strähnig.
- f) Ähnliche Nachteile ergeben sich bei Veränderung der Abmessun gen der Nachbrennkammer.
Die Drehrichtung des Brennkegels ist gleichgültig, jedoch muß
der Einwurfschacht so ausgerichtet sein, daß das eingeworfene
Brenngut im wesentlichen auf die freie Rostfläche am Fuß der
sich durch die Drehung des Brennkegels ergebenden schrägen
Brenngutböschung fällt. Der Zündbrenner sollte möglichst auf die
Brenngutböschung gerichtet sein.
Eine Spaltbreite von etwa 4-5 mm zwischen den Roststäben ist
in den meisten Fällen günstig; für Ausnahmefälle, wie etwa für
die Verbrennung von Petrolkoks usw. können unter Anwendung des
heutigen Wissenstandes Anpassungen erforderlich sein.
Für andere Brennstoffe als die angegebenen Holz- oder Holzab
fallstücke ist die Feuerungsleistung proportional der Brennge
schwindigkeit des Brennstoffs.
Claims (24)
1. Vorrichtung zum Verbrennen von stückigem Brenngut, insbeson
dere Holz oder Holzabfall, bestehend aus einem in einem Gestell
gelagerten hohlkegelstumpfförmigen, um eine schrägstehende Achse
drehangetriebenen, mit Unterluft versorgten Verbrennungsrost und
einer oberhalb der Mündung des Verbrennungsrostes angeordneten,
mit Oberluft versorgten Nachbrennkammer,
dadurch gekennzeichnet, daß bezogen auf eine Feuerungsleistung von 4 MW der Vorrichtung diese wie folgt gestaltet und dimensio niert ist:
dadurch gekennzeichnet, daß bezogen auf eine Feuerungsleistung von 4 MW der Vorrichtung diese wie folgt gestaltet und dimensio niert ist:
- A) der Verbrennungsrost (K) besteht aus
- a) einem kegelstumpfförmigen Abschnitt (1) mit den
Abmessungen:
kleiner Innendurchmesser am unteren Ende d = 380 mm großer Innendurchmesser am oberen Ende D = 1.500 mm Kegelöffnungswinkel β = 100° Neigung der Kegelachse O gegen die Horizontale α = 35° - b) einem mit dem oberen Ende des kegelstumpfförmigen Abschnitts
(1) koaxial verbundenen zylindrischen Abschnitt (2) mit den
Abmessungen
Innendurchmesser D = 1.500 mm Länge L = 320 mm
wobei der Verbrennungsrost (K) sich radial/axial erstreckende Tragarme (5) aufweist, die hohl ausgebildet sind und jeweils mehrere in den Kegel- bzw. Zylinderinnenraum des Verbrennungs rostes gerichtete innere Luftaustrittsöffnungen (25) aufweisen und an eine Unterwindquelle angeschlossen sind, und
- a) einem kegelstumpfförmigen Abschnitt (1) mit den
Abmessungen:
- B) der Nachbrenner (N) hat eine kegelstumpfförmige Nachbrennkam
mer (31), deren größerer Durchmesser (D2) dem Verbrennungsrost
(K) zugewandt ist und die folgende Abmessungen hat:
Eintrittsdurchmesser am unteren Ende D2 = 1.300 mm Austrittsdurchmesser am oberen Ende D3 = 850 mm axiale Länge L2 = 1.270 mm
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
inneren Öffnungen (25) der Tragarme (5) jeweils seitlich einer
gedachten, den Tragarm (5) mittig schneidenden Axialebene (E)
angeordnet sind und bezüglich dieser Axialebene (E) schräg
gerichtet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Tragarme (5) wenigstens in dem Bereich, wo der kegel
stumpfförmige und der zylindrische Abschnitt (1, 2) des Verbren
nungsrostes (K) miteinander verbunden sind, jeweils eine nach
außen gerichtete (äußere) Öffnung (26) aufweisen.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß zwischen den Tragarmen (5) warmfeste Roststäbe (4)
angeordnet sind, die miteinander Spalte von jeweils 4 bis 5 mm
Breite ausbilden.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der kegelstumpfförmige Abschnitt (1) des
Verbrennungsrostes (K) an seinem Ende kleineren Durchmessers (d)
von eine Tellerklappe (14) abgeschlossen ist, die aus einer den
Verbrennungsrost (K) nach unten abschließenden Schließstellung
in eine Öffnungsstellung verstellbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Verbrennungsrost (K) im Bereich des
kleineren Durchmessers (d) des kegelstumpfförmigen Abschnitts
(1) von achsparallelen Beinen (7) gehalten ist, die mit einer
sich radial erstreckenden Tragplatte (8) starr verbunden sind,
die außerhalb eines den Verbrennungsrost umschließenden Gehäuses
(G) drehbar gelagert ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Tragplatte (8) einen Luftkasten an einem dem Verbrennungsrost
(K) zugewandten Ende abschließt, der durch Trennwände in mehrere
Luftkammern (10) unterteilt ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der
Luftkasten an seinem anderen Ende von einem runden Laufring (11)
abgeschlossen ist, der an seinem Umfang von zwei Tragrollenan
ordnungen (12) abgestützt ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der
Laufring (11) eine der Anzahl der Luftkammern (10) entsprechende
Anzahl achsparalleler Bohrungen (21) aufweist, die jeweils in
die Luftkammern (10) münden.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Anzahl der Luftkammern (10), der Beine
(7) und der Tragarme (5) einander gleich sind, die Beine (7)
hohl ausgebildet und mit den Tragarmen (5) jeweils durchgehende
Strömungskanäle ausbilden und die Innenräume der Beine (7) durch
Durchbrüche (9) in der Tragplatte (8) hindurch jeweils mit den
Luftkammern (10) verbunden sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an
der dem Luftkasten abgewandten Seite des Laufrings (11) ein
Gleitdichtungsring (16) anliegt, der eine der Anzahl der Luft
kammern (10) entsprechende Anzahl von Bohrungen aufweist, die
auf einem Radius liegen, der ebenso groß ist wie der Radius, auf
dem die achsparallelen Bohrungen (21) des Laufrings (11) ange
ordnet sind, daß die Bohrungen des Gleitdichtungsrings (16)
jeweils von Schlauchanschlußstutzen (18) umgeben sind und der
Gleitdichtungsring (16) von Federeinrichtungen (17) an dem
Laufring (11) in Anlage gehalten ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schlauchanschlußstutzen (18) jeweils mittels eines Schlauchs
(19) und eines Stellschiebers (22) mit einem gemeinsamen Unter
windzuleitkasten (20) verbunden sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß an der Tragplatte (8) zentrisch eine Welle
(23) befestigt ist, die sich von der dem Verbrennungsrost (K)
abgewandten Seite der Tragplatte (8) von dieser weg erstreckt
und im Bereich ihres der Tragplatte (8) fernen Endes von einem
Rollenlager (24) in dem Gestell abgestützt ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
das Rollenlager (24) mittels einer Kraftmeßdose in dem Gestell
(S) abgestützt ist.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Tragarme (5) durch mehrere außerhalb des
von dem Verbrennungsrost (K) umschlossenen Brennraums angeord
nete, in Umfangsrichtung verlaufende Flachstahlringe (6) mitein
ander verbunden sind, von denen jeweils benachbarte eine Serie
von gleichen Roststäben (4) von T-förmigem Querschnitt tragen.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Nachbrennkammer (31) koaxial zu dem Ver
brennungsrost (K) angeordnet.
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß sich an das obere Ende der Nachbrennkammer
(31) als Oberwindzuführeinrichtung (W) ein ringförmiger Luftsam
melraum anschließt, der mit einer tangential in ihn mündenden
Oberwindzuführleitung (36) versehen ist und die obere Öffnung
der Nachbrennkammer (31) umschließt und innen durch zwei diame
tral angeordnete, im wesentlichen halbkreisförmige Leitbleche
(37) begrenzt ist, die jeweils durch eine sich tangential dazu
und in den Luftsammelraum hinein erstreckende Zunge (38) verlän
gert sind, die mit dem benachbarten anderen Leitblech (37) einen
Spalt (39) zur Einleitung von Oberwind tangential zur Innenwand
der Nachbrennkammer (31) ausbildet, daß eine Vorrichtung (39)
zum radialen Verstellen der Zungen (38) zur Veränderung der
Breite (d2) der Spalte (40) an ihrer engsten Stelle innerhalb
eines Bereiches von 5 bis 30 mm vorgesehen ist, daß austritts
seitig an der Oberwindzuführeinrichtung (W) ein Kragen (41)
angebracht ist, der eine zur Nachbrennkammer (31) konzentrische
Öffnung umschließt, und daß bezogen auf die angegebene Feue
rungsleistung die Leitbleche (37) eine axiale Länge L3 von 410 mm
aufweist, der mittlere Durchmesser D4 der von den Leitblechen
(37) umschlossenen Öffnung der Oberwindzuführeinrichtung (W) 850
mm beträgt und der Kragen (41) einen Öffnungsdurchmesser D5 von
700 mm aufweist.
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß in der konischen Wand der Nachbrennkammer
(31) oberhalb des Verbrennungsrostes (K) eine erste Öffnung mit
einem Schacht (32) zur Zuführung von Brenngut auf dem Verbren
nungsrost (K) ausgebildet ist.
19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß in der konischen Wand der Nachbrennkammer
(31) oberhalb des Verbrennungsrostes (K) eine zweite Öffnung
(33) ausgebildet ist, oberhalb der ein Zündbrenner angeordnet
ist, mit dem ein Flammstrahl auf den Verbrennungsrost (K) richt
bar ist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 19, dadurch
gekennzeichnet, daß sich in dem den Verbrennungsrost (K)
umschließenden Gehäuse (G) unterhalb des Verbrennungsrostes (K)
ein Aschesammelraum befindet, in dem eine Förderschneckenanord
nung (29) zum Abfördern der Asche in einen Ascheaustrag angeord
net ist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 20, dadurch
gekennzeichnet, daß das Gehäuse (G) an den Nachbrenner (N) dicht
anschließt.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß
der Nachbrenner (N) ein Gehäuse (G3) aufweist, der mit dem
Gehäuse (G) des Verbrennungsrostes (K) verbunden ist.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch
gekennzeichnet, daß das den Verbrennungsrost (K) umgebende
Gehäuse (G) aus zwei lösbar miteinander verbundenen Teilen
(G1, G2) besteht, von denen ein erster Teil (G1) stationär ist und
ein zweiter, eine Gehäuserückwand aufweisender Teil (G2) mit dem
den Verbrennungsrost (K) tragenden Gestell (S) verbunden ist,
und das Gestell von einem Wagen (S) gebildet ist, mit dessen
Hilfe nach Lösen der Gehäuseteile (G1, G2) voneinander der Verbren
nungsrost (K) aus dem ersten Gehäuseteil (G1) herausbewegbar ist.
24. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß auf Feuerungsleistungen, die von 4 MW um
einen gegebenen Faktor abweichen, die Abmessungen des Verbren
nungsrostes mit Ausnahme des Öffnungswinkels β proportional der
1/2,5-ten Potenz des gegebenen Faktors und die Abmessungen der
Nachbrennkammer proportional der 1/2,5-ten Potenz des gegebenen
Faktors gegenüber den angegebenen Abmessungen geändert sind,
wobei der Eintrittsdurchmesser (D2) der Nachbrennkammer (31) an
den Mündungsdurchmesser (d1) des Aufsatzes (3) angepaßt ist.
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