DE20007801U1

DE20007801U1 - Feststoffbrenner

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Publication number: DE20007801U1
Application number: DE20007801U
Authority: DE
Original assignee: ETR EN TECHNIK und RECYCLING A
Current assignee: ETR EN TECHNIK und RECYCLING A
Priority date: 1999-05-03
Filing date: 2000-05-03
Publication date: 2000-08-17
Anticipated expiration: 2010-05-04
Also published as: DE10021434A1

Description

Feststoffbrenner

Die Erfindung betrifft einen Feststoffbrenner mit einer Unterschubvorrichtung, über welche Brennmaterial durch eine im Brennerboden ausgenommene Öffnung in einen Brennraum bewegbar ist, und mit einer Primär- und Sekundärluftzufuhreinrichtung, wobei der Brennerboden im wesentlichen geschlossenflächig ausgebildet und ein um die Brennerboden-Öfmung angeordneter, vorzugsweise hohlzylindrischer, Brennhohlkörper vorgesehen ist, und wobei die Primär- und Sekundärluftzufuhreinrichtung aus in den Brennraum mündende Luftzufuhröffnungen gebildet ist, die in der Wandung des Brennhoblkörpers angeordnet sind. Bei bekannten Feststoffbrennern werden verschiedene Einrichtungen, z.B. Kessel zur Warmwasseraufbereitung mit losen Granulaten oder Pellets befeuert. Es existieren Rostfeuerungen mit Klapp- und Stufenrost sowie primärbelüftete Retorten- und Brenntellerfeuerungen, welche abhängig vom Brennmaterialaufschub die Asche aus dem Brennraum befördern.

Die Nachteile dieser Brenner bestehen in der sehr starken Veraschung des Brennraumes und in der starken Abhängigkeit der Brennleistimg vom verwendeten Brennmaterial. Die Reinigung durch Rostentleerung stellt dabei einen schweren Eingriff in den Brennvorgang dar und stört die Verbrennung und deren Effizienz erheblich oder beendet diese gänzlich. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Feststoffbrenner der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem eine technisch einfache Verbrennung für eine große Vielfalt von unterschiedlichen Brennmaterialien realisiert werden kann.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine möglichst effiziente Reinigung des Brennraumes zu ermöglichen, durch die eine Störung des Verbrennungsvorganges möglichst vermieden werden soll.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht daß der vorzugsweise hohlzylindnsche Brennhohlkörper in einem über eine höhenverstellbare Vorrichtung einstellbaren Abstand zu dem Brennerboden angeordnet ist, sodaß ein Spalt zwischen dem Brennhohlkörper und dem Brennerboden freigestellt ist, über den Verbrennungsrüclcstände nach außen bewegbar sind. Die Funktion der Öffnungen des Brennhohlkörpers paßt sich dem Füllstand der Brennkammer an. Bei steigender Glutbettgröße erhöht sich der Primärluftbereich automatisch anstatt sich wie bei von unten belüfteten Brennern gemäß Stand der Technik zu verkleinern, weil beim erfindungsgemäßen Feststoffbrenner mit wachsendem Füllstand immer mehr Öffnungen direkt auf der Höhe des Glutbettes liegen und somit für die Primärluftzufuhr wirken. Auf diese Weise teilen sich bei passender Gesamtluftraenge Primär- und Sekundärluft automatisch

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im richtigen Verhältnis zueinander auf. Nimmt wirkt der größere Teil der vorhandenen

hingegen der Füllstand im Brennraum ab, Öffnungen des Brennhohlkörpers als

Sekundä^zuführungen, da diese in diesem Fall oberhalb des verbrennenden Materials liegen, sodaß automatisch weniger Prirnärluft zur Verbrennung gelangt.

Der einstellbare Abstand von Brennerbodenscheibe zu Brennhohlkörper ergibt einen bestimmten Entaschungsspalt, welcher das Ausfallen von unverbrannten Teilen und das Überfüllen der Brennscheibe verhindert. Auch dieses Problem tritt bei bekannten Unterschubfeuerungen auf. Damit können mit Hilfe des erfindungsgemäßen Feststoffbrenners auch Brennstoffe mit hohem Aschegehalt oder großer Verschlackungstendenz verbrannt werden, ohne daß es dabei zu einer merkbaren Beeinträchtigung des Brennvorganges kommt. Es wird damit eine seitliche PrimMuftzuführung erzielt, die sich den Gegebenheiten im Brennraum ständig anpaßt, das Abführen der Asche kann zugleich aufgrund des Entaschungsspaltes jedoch auch bei sehr starkem Ascheanfall sowohl auf kontinuierliche als auch diskontinuierliche Weise geschehen, ohne die gerade stattfindende Verbrennung unterbrechen zu müssen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Brennerboden als Scheibe ausgebildet ist, und daß die Brennerboden-Öffnung durch eine zentrale kreisförmige Öffnung der Scheibe gebildet ist. Dadurch gelingt eine symmetrische Beschickung des Brennraumes.

In weilerer Ausbildung der Erfindung kann die Brennerboden-Scheibe vorzugsweise um ihren Mittelpunkt rotierbar oder exzentrisch drehbar gelagert sein. Durch die auf diese Weise erreichte Bewegung der Brennerboden-Scheibe wird das gesamte im Brennraum verbrennende Material ständig nach außen gedreht, wodurch die Verbrennuagsrückstände wie Asche o.a. von der Brennscheibe wegbefördert werden.

Um diese Förderbewegung zu unterstützen, kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, daß im Brennraum zumindest ein von der Brennerboden-Scheibe beabstandeter Abstreifer angeordnet ist.

Die im Brennraum befindlichen Abstreifer scheren die ausgebrannten Rückstände ab und transportieren diese über den Rand der Brennerbodenscheibe aus dem Brennraum in den Unterbau des erfindtingsgemäßen Brenners. Auf diese Weise sind definiert gesteuerte Entaschungszyklen des Brennraumes während des Leistungsbetriebes möglich, ohne daß dabei das auf der Brennerbodenscheibe bestehende Glutbett verloren gehen kann, wie dies bei dem aus dem Stand der Technik bekannten K) appro st unvermeidlich ist. Auch mögliche

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Verschlackungen können durch die definierte Bewegung der Brennerbodenscheibe und der feststehenden Abstreifer aus dem Brennraum entfernt werden.

Erhöhte Aschemengen, wie sie bei landwirtschaftlichen Reststoffen oder bei Kartonagen anfallen, können durch die variable Einstellbarkeit der Reinigungszyklen und der Laufdauer ebenso vollständig ausgebracht werden.

Eine die bestehende Glut schonende Wegbeförderung der Verbrennungsrückstände kann in Weiterbildung der Erfindung dadurch erreicht werden, daß die Brennerboden-Scheibe federnd gelagert ist, und daß eine Vorrichtung zur Schwingungserzeugung vorgesehen ist, welche mit der Brennerboden-Scheibe gekoppelt ist, sodaß die Brennerboden-Scheibe, vorzugsweise in horizontaler Richtung, zu Schwingungen anregbar ist. Die schwingende Brennerboden-Scheibe ruft eine Förderbewegung der leichten Rückstandsteilchen in Richtung zum Brennerbodenspalt hervor.

Bei einem Feststoffbrenner der eingangs genannten Art kann weiters erfmdungsgemäß vorgesehen sein, daß die in der Wandung des Brennhohlkörpers angeordneten Luftzufuhröffnungen aus Luftdüsen gebildet sind, die im unteren Bereich des Brennhohlkörpers einen kleinen Durchmesser aufweisen und deren Durchmesser in Richtung zum oberen Bereich des Brennhohlkörpers anwächst.

Auf diese Weise wird verhindert, daß in den unteren Bereichen des Brennraumes die Glut störende Verwirbeluiigeii auftreten.

In weiterer Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Anzahl der Luftdüsen so gewählt ist, daß der Gesamtquerschnitt der Luftzufuhröffnungen in jeder Höhe des Brennhohlkörpers im wesentlichen gleich groß ist.

Dadurch wird eine über die Höhe des ßrennhohlkörpers gleichmäßig verteilte Liu?tziüuhr ermöglicht.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung kann darin bestehen, daß die Luftzuführöffnungen der Luftdüsen einen Durchmesser von 2 bis 12 mm oder einen Durchmesser von 3 bis 24 mm aufweisen, wodurch sich Brennerleistungen von z.B. 50 kW und 500 kW erreichen lassen.
Eine weitere Variante der Erfindung kann darin bestehen, daß die in der Wandung des Brennhobikörpers angeordneten Luftzufübröffhungen aus Luftdüsen gebildet sind, deren Luftausstoßrichtung um einen spitzen Winkel &agr; gegenüber der radialen Verbindungslinie mit der Mittelachse des Brennhohlkörpers gedreht ist.

Die vom Zentrum des Brennhohlkörpers weggerichteten Luftströmungen aus den im Brennhohlkörper angeordneten Luftdüsen ergeben eine Wirbelbildung der die Verbrennung fördernden Luft, woraus sich eine Erhöhung des Verbrennungswirkungsgrades erzielen läßt.

Eine besonders vvirksame Wirbelbildung ergibt sich bei einem Winkel &agr; in einem Bereich Von2°bisl5°.

Eine weitere positive Beeinflussung der in den Brennraum geleiteten Luftströmung läßt sich in Weilerbildung der Erfindung dadurch erreichen, daß die Luftdüsen zusätzlich in einem spitzen Winlcel &bgr; gegenüber der durch die Luftdüsen verlaufenden Horizontalebenen nach oben geneigt sind, wobei der Winkel &bgr; bevorzugt in einem Bereich von 5° bis 30° liegt.

Gemäß einer weiteren Fortbildung der Erfindung können die Luftdüsen in Horizontalebenen angeordnet sein, und die Luftdüsen aufeinanderfolgender Horizontalebenen entlang des Unrfanges des Brennhohlkörpers versetzt sein, sowie die Ausstoßrichtung der Luftdüsen aufeinanderfolgender Horizontaiebenen abwechselnd um einen positiven und einen negativen Winkel &agr; gegenüber de;- radialen Verbindungslinie gedreht sein.

Durch die abwechselnde unterschiedliche Ausrichtung der Luftdüsen wird eine die Verbrennung fördernde Durchwirbelung der Sekundär- bzw. Primärluft innerhalb des Brennraumes erreicht.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung kann darin bestehen, daß die Luftdüsen einen in sich drehenden Luftstrom erzeugen, wodurch sich eine sehr effiziente Verbrennung erreichen läßt.

Eine Erhöhung des Verbrennungswirkungsgrades läßt sich in weiterer Ausbildung der Erfindung dadurch erreichen, daß die Luftdüsen ein Luftdrall-Element, z.B. ein Luftdrallblech, aufweisen.

Weiters kann gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen sein, daß die vorzugsweise mit einem Längsschlitz versehenen Luftdüsen Einlaßöffnungen mit sich spiralartig vergrößerndem Einlaßquerschnitt aufweisen, wodurch sich eine besonders starke Rotation der durch die Einlaßöffnungen hindurchgeführten Luftströmung erreichen läßt In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Primär- und Sekundärluftzufuhreinrichtung mit einem Druckgebläse oder mit einem Saugzuggebläse verbunden ist.

Bei einem Feststoffbrenner der eingangs genannten Art kann zur Optimierung des Breiinverhaltens erfindungsgemäß eine Steuenmgs- und Regelvorrichtung vorgesehen sein, welche mit der Antriebseinheit der Unterschubvorrichtung und mit einer in einem die Verbrennungsabgase aus dem Brennraum ableitenden Abzugsrohr Lambda- oder einer CO-Meßwert-Sonde verbunden ist.

Auf diese Weise kann der Vorschub der Unterschubvorrichtung anhand der mit der Lambda oder der CO-Meßwertsonde gemessenen Gaskonzentrationen geregelt und somit das Abbrandverhalten entsprechend gesteuert werden.

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Eine andere Variante der Erfindung kann darin bestehen, daß im oberen Bereich des Brennhohlkörpers eine Vorrichtung zur Verwirbelung der im zentralen Bereich des Bremiraums sich ausbildenden Gasströmung ausgebildet ist. Der insbesondere im Zentrum von Brennhohl körpern mit großem Durchmesser sich einstellende turbulenzarme Bereich kann auf diese Weise mit zusätzlicher Verwirbelungsströmung beaufschlagt werden, wodurch die Verbrennungswerte entscheidend verbessert werden können. Die Ausbildung einer strö'mungsarmen Kernzone wird verhindert.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann die Verwirbelungsvorrichtung aus einem sich entlang der Mittelachse des Brennhohlkörpers erstreckenden Rohr zur Zufuhr von Tertiärluft oder von rückgefiihrten Verbrennungsgasen in den Brennraum gebildet sein, welches Rohr schräg nach unten und/oder nach außen gerichtete Zufuhröffhungen aufweist.
Die in den Brennhohlkörper solcherart zugeführie Tertiärluft ermöglicht die Wirbelbilduiig in einem von den in der Wandung des Brennhohlkörpers angeordneten Luftdüsen schlecht verwirbelten Bereich, bei Verwendung von rückgeführten Verbrennungsgasen zur Ausbildung von zusätzlicher Verwirbelung kann aufgrund des in diesen enthaltenem Kohlendioxid noch dazu ein kühlender Effelct erzielt werden, falls die Brennertemperatur auf einem relativ niedrigen Wert gehalten werden soll.

Weiters kann vorgesehen sein, daß die Verwirbelungsvorrichtung aus einer von oben Ln den Brennraum ragenden Verwirbelungsfläche gebildet ist, wobei vorzugsweise die Verwirb el ungsfläche aus der Mantelfläche eines, vorzugsweise aus feuerfestem Beton gebildeten, Kegels besteht.

Die im oberen Bereich des Brennraumes angeordnete Verwirbelungsfläche lenkt die auf diese gerichteten Gasströmungen in den im Zentrum sich ausbildenden strömungsarmen Raum um Lind sorgt so für eine Erhöhung der Wirbelbilduiig im zentralen Bereich des Brennraumes.
Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Regelung der Verbrennung in einer Verbrennungsanlage mit einer Unterschubvorrichtung, über welche Brennmaterial durch eine untere Öffnung in einen Brennraum bewegbar ist, mit einem im wesentlichen geschlossenen Brennerboden und mit einem Brennhohlkörper, der Lufteufübjöfmungen für die Zufuhr von Primärluft- und einer Sekundärluft in den Brennraum aufweist und der oberhalb des Brennerbodens angeordnet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren dieser Art anzugeben, mit dem eine einfache Regelung der Verbrennung auf eine bestimmte, vorwählbare Gaskonzentration durchgeführt werden kann.

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Weitere Aufgabe ist es, die Abstimmung des Anteils an Primär- und Sekundärluft automatisch zu regeln.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Vorschubgeschwindigkeit der Unterschubvomchtung in Abhängigkeit der Abweichung eines meßbaren Gaskonzentrations-Ist-Werts, Z-B des Sauerstoffgehalts, in den bei der Verbrennung entstehenden Verbrennungsgasen von einem Soll-Wert gesteuert wird, und daß die über die Primär- und Sekundärluftöffnungen zugeföhrte Gesamtluftmenge konstant gehalten wird.

Auf diese Weise wird genau soviel Brennmaterial über die Brennerboden-Öffnung in den Brennraum gefördert, als es für die Erreichung des vorbestimmbaren Gaskonzentrationswerts erforderlich ist. Da sich die Primärluft und die Sekundärluft je nach Füllstand des Brennraumes auf das Brennmaterial aufteilen, ergibt sich bei hohem Primärluftbedarf über die Regelung in Abhängigkeit des Gaskonzentrationswertes automatisch die für jeden Materialtyp erforderliche Füllstandhöhe. Dadurch stellt sich z.B. bei relativ feuchtem Material automatisch eine hohe Füllstandhöhe ein, weil der Primärluftbedarf entsprechend hoch ist.

Umgekehrt ergibt sich eine niedrige Füllstandhöhe, wenn trockenes Material verbrannt wird.

Die händjsche Abstimmung von Primärluit und Sekundärluft kann daher unterbleiben.

Somit sind mehrere, jeweils voneinander getrennt regelbare Primärluftzuführungen, Sekimdärluftzufiihrungen und Glutbettgrößen in einem Gesamtsystem vereint.

Weiters kann bei dem vorgenannten Verfahren eine Minimierung der Abgaskonzentration erfmdungsgemäß dadurch erreicht werden, daß die Vorschubgeschwindigkeit der Unterschubvomchtung in Abhängigkeit vom Minimalwert des bei der Verbrennung entstehenden Kohlenmonoxidgehalts und in Abhängigkeit von der Temperatur gesteuert wird, und daß die über die Primär- und Sekundärluftöffhungen zugeführte Gesamtluftmenge konstant gehalten wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand des in der beigeschlossenen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels eingehend erläutert. Es zeigt dabei

Fig.] eine schematische teilweise Seitenansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Feststoffbrenners;

Fig.2 eine Draufsicht auf einen Brennhohlkörper in abgerollter Darstellung einer Ausfuhrungsform der Erfindung;

Fig.3 eine vergrößerte Teilansicht des Brennhohlkörpers gemäß Fig.2;

Fig.4 einen Schnitt durch einen Brennhohlkörper einer weiteren erfindungsgemäßen Ausflihrungsform;

Fig. 5 eine Draufsicht auf den Brennhohlkörper gemäß Fig. 4;

Fig.6 eine Ausfuhrungsform einer Luftdüse in Seitenansicht und
Fig.7 einen Schnitt AA durch die Luftdüse gemäß Fig.6.

Fig. 1 zeigt einen Feststoffbrenner, der Teil einer nicht näher dargestellten Heiz- oder Warmwasseranlage, zum Beispiel zur Warrnwasseraufbereitung ist. Bevorzugt können mit diesem biogene Heizmaterialien verfeuert werden, der Feststoffbrenner kann aber auch mit anderen üblichen Heizmaterialien beschickt werden, vor allem aber Brennstoffe mit hohem Aschegehalt oder großer Verschlackungstendenz, wie z.B. Karton, bis hin zu relativ feuchten Brennmaterialien lassen sich damit bevorzugt verbrennen.

An der Unterseite des Feststoffbrenners ist eine aus zwei auf einer Achse 20 gegenläufig angeordneten Schnecken 13 gebildete Unterschubvorrichtung vorgesehen, mit der Brennmaterial in einem unterhalb des Feststoffbreraiers angeordneten Kanal 15 von einer Seite horizontal auf eine im Brennerboden ausgenommene Öffnung 14 zu bewegt wird. Angetrieben wird die Unterschubvorrichtung von einer Antriebseinheit 27. Die Brennerboden-Öffhung 14 ist im Ausfuhrungsbeispiel gemäß Fig.l kreisrund ausgeführt, kann aber auch eine beliebig andere geometrische Form annehmen.

An dieser Stelle endet die eine Schnecke 13 und die andere setzt sich im entgegengesetzten Drehsinn fort, sodaß das Brennmaterial bei Rotation der Achse 20 in die Öffnung 14 empoi-gedrückt wird, wodurch sich ein ständiger Nachschub an Brennmaterial in den Feststoffbrenner ergibt. Je nach Umdrehungszahl oder Laufzeit der Achse 20 stellt sich damit ein höherer oder niedriger Materialdurchsatz ein. Das Brennmaterial gelangt damit in einen Brennraum 12 des Feststoffbrenners, wo es verbrannt wird. Die Brennmaterialaufschubzone 1 ist dabei mittig im Feststoffbrenner angeordnet. Während des Verbrennungsvorgangs stellen sich verschiedene Zonen im Brennmaterial ein, die in Fig.l schematisch angedeutet sind. Von unten beginnend schließt eine Entgasungszone 3 in herkömmlicher Weise an eine Materialvortrocknungszone 2 an, nach der Entgasungszone 3 bildet sich eine Ausglühzone 4.
Der Brennerboden 5 ist im wesentlichen geschlossenflächig ausgebildet und es ist ein um die Brennerboden-Öffnung angeordneter, vorzugsweise hohlzylindrischer, Brennhohlkörper 9 vorgesehen. Die Primär- und SekundärluftzufuhreinrichtLmg sind aus in den Brennraum 12 mündende Luftzuführöffhungen 10, U gebildet, die in der Wandung des Brennhohlkörpers 9 angeordnet und mit einem Druckgebläse 24 verbunden sind. Sie könnten genauso auch mit einem Saugzuggebläse verbunden sein.

Damit gelangt die Primärluft nicht wie in den bekannten Feststoffbrennern von unten in den Brennraum sondern ausschließlich über die Luftzufuhröffnungen von der Seite in das Brennmaterial. Die Brennerbodenscheibe 5 ist also unbelüftet, sodaß keine Primärluft von

unten an das Brennmaterial gelangen kann. Die Funktion der Öffnungen 10, 11 ist vom Füllstand des Feststoffbrenners abhängig. Bei hohem Füllstand wirken praktisch nur die obersten Öffnungen 10, 11 als Sekundärluftöffnungen, während alle darunterliegenden Öffnungen 10, 11 als Primärluftöffhungen wirken, über die Primärluft direkt dem Brennmaterial zugeführt wird und dort zur Verbrennung des Brennmaterials beiträgt. Die Sekundärluft dient hingegen lediglich der Nachverbrennung der bei der primären Verbrennung entstehenden Verbrennungsabgase.

Bei relativ geringem Füllstand wirken wiederum nur die untersten Öffnungen 10, 11 als Primärluftöffnangen und alle darüberliegenden Öffnungen 10, 11 als Sekundärluftöffnungen. Die Wirkungsweise der Öffnungen 10,11 ist damit stark vom Brennmaterial-Füllstand innerhalb des Brennraumes 12 abhängig.

Gemäß dem in Fig.2 und Fig.3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die in der Wandung des Brennhohlkörpers 9 angeordneten Lüftzufuhröffnungen aus Luftdüsen 10', 10", 10'" gebildet, die im unteren Bereich des Brennhohlkörpers 9 einen kleinen Durchmesser aufweisen und deren Durchmesser in Richtung zum oberen Bereich des Brennhohlkörpers 9 anwächst wobei vorzugsweise die Anzahl der Luftdüsen 10', 10", 10"' so gewählt ist, daß der Gesamtquerschnitt der Luftzufuhröffiiungen in jeder Höhe des Brenuhohlkörpers 9 im wesentlichen gleich groß ist. Auf diese Weise wird eine Verwirbelung der im unteren Bereich des Brennraumes befindlichen Glut durch die aus den Öffnungen mit kleinem Durchmesser strömenden Luft vermieden, zugleich die Luftzufuhr über die Höhe gesehen konstant gehalten. Als Beispiel sei der Durchmesser der Düsen 10' mit 6 mm und der Durchmesser der Düsen 10'" mit 1.3 mm angegeben. Bevorzugte Bereiche von Düsendurchmessem sind 2 mm bis 12 mm und 3mm bis 24 mm, mit denen etwa Heizleistungen von 50 kW bzw. 500 kW erreicht werden können. Die Abstufungen zwischen dem untersten und dem obersten Bereich des Hohlkörpers 9 können so wie die Düsendurchmesser nach Bedarf gewählt werden.

Der hohlzylindrische Brennhohlkörper 9 ist mit seiner Längsachse normal zum Brennerbodcn 5 ausgerichtet und erfindungsgemäß in einem über eine böhenverstellbare Vorrichtung 23 einstellbaren Abstand zu diesem angeordnet, sodaß ein Spalt 21 zwischen dem Brennzylinder 9 und dem Brennerboden 5 freigestellt ist, über den Verbrennungsrückstände nach außen bewegbar sind. Damit kann eine sehr wirkungsvolle Entaschung der Verbrennung durchgeführt werden, ohne daß es zu einer Beeinträchtigung der Glut kommt. Je nach Einstellung des Spalts 21 wird mehr oder weniger verbranntes Material seitlich aus dem Brennraum 12 hinausbefördert, während die Verhältnisse im Zentrum der Glut unverändert

weiterbestehen. Erfahrungsgemäß ist aber gerade dieses Weiterbestehen der Brennverhältnisse von großer Bedeutung für einen sauberen Abbrand, da andernfalls jede ruckartige Veränderung des Glutnestes, wie sie bei herkömmlichen Entaschungsvorgängen geschieht, eine sehr hohe Übergangszeit mit sich bringt, bis wieder ein sauberes Abbrandverhalten erzielt wird.

Während Brennmaterial über die Bodenöffhung 14 ständig nachgeschoben wird, kann die bei der Verbrennung entstandene Asche durch den Spalt 21 in den Unterbau des Feststoffbrenners gelangen und wird somit aus dem Brennraum befördert.

Eine sehr gut definierte Entaschung kann dadurch erreicht werden, daß der Brennerboden als Scheibe 5 ausgebildet ist und diese Bremierboden-Scheibe 5 mittels Lager 6 rotierbar gelagert ist. Damit wird die sich ausbildende Asche vom Zentrum der um ihren Mittelpunkt rotierbaren Brennerboden-Scheibe 5 wegbewegt.

Die Bremierboden-Scheibe 5 kann aber ebenso auch exzentrisch gelagert sein, wodurch sich eine automatische Abstreifung an der Wand des Brennhohlkörpers 9 und einen Stufenrosteffekt ergeben würde. Tn Fig. 1 ist die Abstreifung durch im Brennraum von der Brennerboden-Scheibe 5 beabstandete, ortsfest angeordnete Abstreifer 8 verwirklicht, die je nach Lage und Größe ständig die auf der Brennerboden-Scheibe entstehende Asche in den Spalt 21 abstreifen. Dabei können beliebig viele, insbesondere auch nur ein Abstreifer 8 um den Breimraumumfang angeordnet sein, die für eine kontinuierliche Reinigung des Brennerbodens sorgen.

Eine weitere Möglichkeit die Asche abzustreifen bestünde darin, die Abstreifer 8 im Kreis umlaufen zu Jassen und die Bremierboden-Scheibe 5 ortsfest anzuordnen.
Eine verbesserte Möglichkeit der für die Glut schonenden Wegbewegung der sich bildenden Asche ergibt sich, wenn die Entaschung zyklisch vorgenommen wird, indem die Brennerbodenscheibe 5 über eine Antriebsvorrichtung 29 und eine Antriebswelle 7 in entsprechenden Zeitabständen bewegt wird.

Anstelle der zentrischen oder auch exzentrischen Rotation der Brennerboden-Scheibe 5 oder als zusätzliche Bewegungsmöglichkeit der Brennerboden-Scheibe 5 ist im Ausfuhrungsbeispiel der Fig.! vorgesehen, daß die Brennerboden-Scheibe 5 federnd gelagert und eine Vorrichtung zur Schwingungserzeugung 22 vorgesehen ist, welche mit der Brennerboden-Scheibe 5 über ein Koppelglied 60 gekoppelt ist, sodali die Brennerboden-Scheibe 5₅ vorzugsweise in horizontaler Richtung, zu Schwingungen anregbar ist, die eine die Glut schonende Wegbefürderung von Ascheteilchen ermöglicht.

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Der Brennerhohlkörper 9 sollte aus einer hochwertigen Stahllegierung gefertigt sein, da dadurch ein rasches Erwärmen auf Betriebstemperatur ermöglicht wird. Durch die permanente Luftdurchströmung über die Öffnungen 1O₃ 11 ergibt sich eine Kühlwirkung, die eine Überhitzung des Hohlkörpers 9 verhindert. Dadurch werden bestmögliche Bedingungen für die Verbrennung geschaffen. Mach dem Beenden der Verbrennung verhindert die geringe Speichermasse des Hohlkörpers 9 unnötige Wärmeverluste und ebenso ein Überhitzen der Heizanlage.

Damit lassen sich Feuerungsleistungen größer als 150 kW mühelos beherrschen.

Fig. 4 und 5 zeigen eine weitere Ausfuhrungsform der Erfindung bei der die in der Wandung des Brennhohlkörpers 9 angeordneten Luftzuführöfmimgen aus Luftdüsen 110', 110", 1&Ggr; gebildet sind, deren Luftausstoßrichtung um einen spitzen Winkel &agr;, vorzugsweise in einem Bereich von 2° bis 15", gegenüber der radialen Verbindungslinie mit der Mittelachse des Brennhohlkörpers 9 gedreht ist (Fig.5).

Weiters sind die Luftdüsen 110\ 110", 11' zusätzlich in einem spitzen Winkel ß₃ vorzugsweise in einem Bereich von 5* bis 30° gegenüber der durch die Luftdüsen 110', 110", 11' verlaufenden Horizontalebene nach oben geneigt (Fig.4). Die Verdrehung der Luftdüsen gegenüber der normal zur Brennerhohlkörper-Wand verlaufenden Richtung bewirkt einen schräg nach oben gerichteten Luftstrom, der eine die Verbrennung positiv beeinflussende Wirkung zeigt.

Zur weiteren Verwirbelung der Sekundär- und Primärluft sind die Luftdüsen 110', 110", 11' in Horizontalebenen angeordnet, wobei die Luftdüsen 110', 110", 11' aufeinanderfolgender Hotizontalebenen entlang des Umfanges des Brennhohlkörpers 9 versetzt sind, die Ausstoßrichtung der Luftdüsen 110^r, 110", 11' aufeinanderfolgender Horizontalebenen ist abwechselnd um einen positiven und einen negativen Winkel &agr; gegenüber der radialen Verbindungslinie gedreht (Fig.5).

Eine zusätzliche Möglichkeit der Effizienzsteigerung der Verbrennung ergibt sich dadurch, daß die Luftdüsen 110", 110", 11' mit einem Luftdrall-Element, z.B. einem Luftdrallblech, versehen sind, die dem Luftstrom einen Drall in achsialer Richtung verleihen.

Gemäß der in Fig.6 und 7 gezeigten Ausfuhrungsform weisen die Luftdüsen 110', 110", 11' einen in Längsrichtung verlaufenden Schlitz 50 auf, der die Ausbildung von Luftdüsen mit sich spiralartig vergrößerndem Einlaß-Querschnitt durch Verformung des Rohrquerschnitts (Fig.7) ermöglicht, durch die der hindurchgeführte Luftstrom ebenfalls einen Drall in achsialer Richtung verliehen bekommt.

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Weiters ist beim erfindungsgemäßen Brenner eine Steuerungs- und Regelvorrichtung 28 vorgesehen, welche unter anderem mit der Unterschubvorrichtung 13 bzw. mit deren Antriebseinheit 27 und mit einer Lambda- oder einer CO-Meßwert-Sonde 26 über elektrische Signalleitungen 30 verbunden ist, wobei die Lambda- oder CO-Meßwert-Sonde 26 in einem die VerbrennLtogsabgase aus dem Brennraum 12 ableitenden Abzugsrohr 25 angeordnet ist. Die Steuerungs- und Regelvorrichtung 28 ist weiters über die Leitungen 30 mit allen anderen steuerbaren Vorrichtungen, 2.B. mit dem Gebläse 24 und der Vorrichtung zur Schwingungserzeugung 22, des erfindungsgemäßen Brenners verbunden.
Mittels dieser Anordnung läßt sich ein Verfahren durchführen, bei dem die Vorschubgeschwüidigkeit der Unterschubvorrichtung 13 in Abhängigkeit von der Abweichung eines meßbaren Gaskonzentrations-Ist-Werts, z.B des Sauerstoffgehalts, in den bei der Verbrennung entstehenden Verbrennungsgasen von einem Soll-Wert gesteuert wird, wobei die über die Primär- und SekundärluftöfEhungeii zugeführte Gesamtluftmenge konstant gehalten wird.

Die Verbrennung kann damit nur anhand der eingestellten Gaskonzentration gesteuert werden. So kann mittels Lambda-Sonde der Sauerstoffgehalt gemessen und mit einem eingestellten Wert verglichen werden. Bei einer Abweichung wird durch Erhöhung oder Erniedrigung der Vorschubgeschwindigkeit der Unterschubeinrichtung der Füllstand innerhalb des Breimraumes so verändert, daß der Sollwert der Gaskonzentration erreicht wird. Über die Füllstandhöhe gleicht sich aber auch die Verteilung von Primär- und Sekundärluftzufuhr automatisch an den richtigen Wert an. Relativ feuchtes Brennmaterial wird daher eine hohe Füllstandhöhe zur Folge haben, während trockenes Brennmaterial infolge der Regelung der Vorschubgeschwüidigkeit eine eher niedrige Füllstandhöhe verursachen wird. In beiden Fällen heizt die Anlage mit dem gewünschten Gaskonzentrationswert, z.B. Lambda = 1,5, unabhängig davon, ob feuchtes oder trockenes Material in den Brennraum 12 eingebracht wird. Die gesamte der erfindungsgemäßen Anlage zugeführte Luftmenge pro Zeitintervall wird konstant gehalten.

Alternativ dazu kann die Vorschubgeschwindigkeit der Unterschub vorrichtung in Abhängigkeit vom Minirnalwert des bei der Verbrennung entstehenden Kohlenmonoxidgehalts und in Abhängigkeit von der Temperatur gesteuert und die über die Primär- und Sekundärluftöffhungen zugeführte GesamÜufrmenge konstant gehalten werden.
In den Ausfuhrungsbeispielen gemäß Fig. 8 und 9 ist im oberen Bereich des Brennliohlkörpers 9 eine Vorrichtung zur Verwirbelung der im zentralen Bereich des Brennraums 12 sich ausbildenden Gasströmung 71, 70, 80, 81 ausgebildet, um dem im

zentralen Bereich des Brennraumes 12 insbesondere bei großen Brennraumdurchmessem sich einstellenden strömungsarmen Raum eine verwirbelte Gasströmung zuzuführen und damit die Verbrennung zu fördern und die Ausbildung einer unverwirbelten Kernströmung zu verhindern.

Dabei ist gemäß Fig. 8 die Verwirbelungsvorrichtung aus einem sich entlang der Mittelachse des Brennliohlkörpers 9 erstreckenden Rohr 71 zur Zufuhr von Tertiärluft oder von rückgefuhrten Verbrennungsgasen in den Brennraum 12 gebildet. Dieses Rohr 71 weist schräg nach unten und/oder nach außen gerichtete Zitfuhröffnungen 70 auf, durch welche die Tertiärluft oder die rückgefuhrten Verbrennungsgase in den Brennraum 12 geleitet werden. Bei Verwendung von Verbrennungsgasen, als Wirbelerzeuger kann aufgrund des in diesen beinhalteten Kohlendioxids ein zusätzlicher Kübleffekt erzielt werden, der die Brennraumtemperatur nach Bedarf senkt, falls dieser wünscht ist.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 ist die Verwirbelungsvorrichtung aus einer von oben in den Brennraum ragenden Verwirbelungsfläche 81 gebildet, wobei vorzugsweise die Verwirbelungsfläche 81 aus der Mantelfläche eines, vorzugsweise aus feuerfestem Beton gebildeten, Kegels 80 besteht. Grundsätzlich können verschiedenste Verwirbelungsflächen z.B. aus Blech oder anderen feuerfesten Materialien vorgesehen sejn, welche die aus den Luftzufuhrdüsen 110' stammende Strömung in den im zentralen Bereich des Brennraumes sich ausbildenden strömungsarmen Raum umlenkt.

Claims

1. Feststoffbrenner mit einer Unterschubvorrichttung (13), über welche Brennmatetial durch eine im Brennerboden (5) ausgenommene Öffnung (14) in einen Brennraum (12) bewegbar ist, und mit einer Primär- und Sekundärluftzufuhreinrichtung, wobei der Brennerboden (5) im wesentlichen geschlossenflächig ausgebildet und ein um die Brennerboden-Öffnung angeordneter, vorzugsweise hohlzylindrischer, Brennhohlkörper (9) vorgesehen ist, und wobei die Primär- und Sekundärluftzufuhreinrichtung aus in den Brennraum (12) mündende Luftzufuhröffnungen (10, 11) gebildet ist, die in der Wandung des Brennhohlkörpers (9) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der vorzugsweise hohlzylindrische Brennhohlkörper (9) in einem über eine höhenverstellbare Vorrichtung (23) einstellbaren Abstand zu dem Brennerboden (5) angeordnet ist, sodaß ein Spalt zwischen dem Brennhohlkörper (9) und dem Brennerboden (5) freigestellt ist, über den Verbrennungsrückstände nach außen bewegbar sind.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennerboden als Scheibe (5) ausgebildet ist, und daß die Brennerboden-Öffnung durch eine zentrale kreisförmige Öffnung der Scheibe (5) gebildet ist.

3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerboden- Scheibe (5) rotierbar gelagert ist.

4. Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerboden-Scheibe (5) um ihren Mittelpunkt rotierbar gelagert ist.

5. Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerboden-Scheibe exzentrisch drehbar gelagert ist.

6. Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerboden-Scheibe (5) federnd gelagert ist, und daß eine Vorrichtung zur Schwingungserzeugung (22) vorgesehen ist, welche mit der Brennerboden-Scheibe (5) gekoppelt ist, sodaß die Brennerboden-Scheibe (5), vorzugsweise in horizontaler Richtung, zu Schwingungen anregbar ist.

7. Brenner nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Brennraum (12) zumindest ein von der Brennerboden-Scheibe (5) beabstandeter ortsfester Abstreifer (8) angeordnet ist.

8. Feststoffbrenner mit einer Unterschubvorrichtung (13), über welche Brennmaterial durch eine im Brennerboden (5) ausgenommene Öffnung (14) in einen Brennraum (12) bewegbar ist, und mit einer Primer- und Sekundärluftrufuhreinrichtung, wobei der Brennerboden (5) im wesentlichen geschlossenflächig ausgebildet und ein um die Brennerboden-Öffnung angeordneter, vorzugsweise hohlzylindrischer, Brennhohlkörper (9) vorgesehen ist, und wobei die Primär- und Sekundärluftrufuhreinrichtung aus in den Brennraum (12) mündende Luftzufuhröffnungen (10, 11) gebildet ist, die in der Wandung des Brennhohlkörpers (9) angeordnet sind, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Wandung des Brennhohlkörpers (9) angeordneten Luftzuführöffnungen aus Luftdüsen (10', 10", 10''') gebildet sind, die im unteren Bereich des Brennhohlkörpers (9) einen kleinen Durchmesser aufweisen und deren Durchmesser in Richtung zum oberen Bereich des Brennhohlkörpers (9) anwächst.

9. Brenner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Luftdüsen (10', 10", 10''') so gewählt ist, daß der Gesamtquerschnitt der Luftzufuhröffnungen in jeder Höhe des Brennhohkörpers (9) im wesentlichen gleich groß ist.

10. Brenner nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzufuhröffnungen der Luftdüsen (10', 10", 10''') einen Durchmesser von 2 bis 12 mm oder einen Durchmesser von 3 bis 24 mm aufweisen.

11. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Wandung des Brennhohlkörpers (9) angeordneten Luftzufuhröffnungen aus Luftdüsen (110', 110", 11') gebildet sind, deren Luftausstoßrichtung um einen spitzen Winkel (α) gegenüber der radialen Verbindungslinie mit der Mittelachse des Brennhohlkörpers (9) gedreht ist.

12. Brenner nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (er) in einem Bereich von 2° bis 15° liegt.

13. Brenner nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftdüsen (110', 110", 11') zusätzlich in einem spitzen Winkel (β) gegenüber der durch die Luftdüsen (110', 110", 11') verlaufenden Horizontalebene nach oben geneigt sind.

14. Brenner nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (β) in einem Bereich von 5° bis 30° liegt.

15. Brenner nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftdüsen (110', 110", 11') in Horizontalebenen angeordnet sind, daß die Luftdüsen (110% 110", 11') aufeinanderfolgender Horizontalebenen entlang des Umfanges des Brennhohlkörpers (9) versetzt sind, und daß die Ausstoßrichtung der Luftdüsen (110', 110", 11') aufeinanderfolgender Horizontalebenen abwechselnd um einen positiven und einen negativen Winkel (α) gegenüber der radialen Verbindungslinie gedreht ist.

16. Brenner nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftdüsen (110', 110", 11) einen in sich drehenden Luftstrom erzeugen.

17. Brenner nach einem der vorgehenden Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftdüsen (110', 110", 11') ein Luftdrall-Element, z. B. ein Luftdrallblech, aufweisen.

18. Brenner nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise mit einem Längsschlitz (50) versehenen Luftdüsen (110', 110", 11') Einlaßöffnungen mit sich spiralartig vergrößerndem Einlaßquerschnitt aufweisen.

19. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Primär- und Sekundärluftzufuhreinrichtung (10,11) mit einem Druckgebläse (24) oder mil einem Saugzuggebläse verbunden ist.

20. Feststoffbrenner mit einer Unterschubvorrichtung (13), über welche Brennmaterial durch eine im Brennerboden (5) ausgenommene Öffnung (14) in einen Brennraum (12) bewegbar ist, und mit einer Primär- und Sekundärluftzufuhreinrichtung, wobei der Brennerboden (5) im wesentlichen geschlossenflächig ausgebildet und ein um die Brennerboden-Öffnung angeordneter, vorzugsweise hohlzylindrischer, Brennhohlkörper (9) vorgesehen ist, und wobei die Primär- und Sekundärluftzufuhreinrichtung aus in den Brennraum (12) mündende Luftzufuhröffnungen (10, 11) gebildet ist, die in der Wandung des Brennhohlkörpers (9) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerungs- und Regelvorrichtung (28) vorgesehen ist, welche mit der Antriebseinheit (44) der Unterschubvorrichtung (13) und mit einer in einem die Verbrennungsabgase aus dem Brennraum (12) ableitenden Abzugsrohr (42) Lambda- oder einer CO-Meßwert-Sonde (41) verbunden ist.

21. Verbrennungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Bereich des Brennhohlkörpers (9) eine Vorrichtung zur Verwirbelung der im zentralen Bereich des Brennraums (12) sich ausbildenden Gasströmung (71, 70, 80, 81) ausgebildet ist.

22. Verbrennungsanlage nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Verwirbelungsvorrichtung aus einem sich entlang der Mittelachse des Brennhohlkörpers (9) erstreckenden Rohr (71) zur Zufuhr von Tertiärluft oder von rückgeführten Verbrennungsgasen in den Brennraum (12) gebildet ist, welches Rohr (71) schräg nach unten und/oder nach außen gerichtete Zufuhröffnungen (70) aufweist.

23. Verbrennungsanlage nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Verwirbelungsvorrichtung aus einer von oben in den Brennraum ragenden Verwirbelungsfläche (81) gebildet ist, wobei vorzugsweise die Verwirbelungsfläche (81) aus der Mantelfläche eines, vorzugsweise aus feuerfestem Beton gebildeten, Kegels (80) besteht.

24. Verbrennungsanlage mit einer Unterschubvorrichtung, über welche Brennmaterial durch eine untere Öffnung in einen Brennraum bewegbar ist, mit einem im wesentlichen geschlossenen Brennerboden und mit einem Brennhohlkörper, der Luftzuführöffnungen für die Zufuhr von Primärluft und Sekundärluft in den Brennsaum aufweist und der oberhalb des Brennerbodens angeordnet ist, insbesondere nach einem der Ansprüche 8 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubgeschwindigkeit der Unterschubvorriehtung in Abhängigkeit der Abweichung eines meßbaren Gaskonzentrations-Ist-Werts, z. B des Sauerstoffgehalts, in den bei der Verbrennung entstehenden Verbrennungsgasen von einem Soll-Wert gesteuert ist, und daß die über die Primär- und Sekundärluftöffnungen zugeführte Gesamtluftmenge konstant gehalten ist.

25. Verbrennungsanlage mit einer Unterschubvorrichtung, über welche Brennmaterial durch eine untere Öffnung in einem Brennraum bewegbar ist, mit einem im wesentlichen geschlossenen Brennerboden und mit einem Brennhohlkörper, der Luftzuführöffnungen für die Zufuhr von Primärluft und Sekundärluft in den Brennraum aufweist und der oberhalb des Brennerbodens angeordnet ist, insbesondere nach einem der Ansprüche 8 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubgeschwindigkeit der Unterschubvorrichtung in Abhängigkeit vom Minimalwert des bei der Verbrennung entstehenden Kohlenmonoxidgehalts und in Abhängigkeit von der Temperatur gesteuert ist und daß die über die Primär- und Sekundärluftöffnungen zugeführte Gesamtluftmenge konstant gehalten ist.