-
Die
Erfindung betrifft einen Heizkessel für die Verbrennung von festem
Brennstoff, insbesondere für
Biomasse, der eine Brennkammer, einen darin angeordneten Boden,
eine Brennstoffzuführeinrichtung sowie
einen Aschebehälter
aufweist.
-
Aus
der
DE 198 28 767
A1 ist ein derartiger Heizkessel für die Verbrennung von festem
Brennstoff zu entnehmen. Bei der Verbrennung von Biomasse fällt regelmäßig Asche
an, welche automatisch aus der Brennkammer entfernt werden muss, um
die Verbrennung von frischem Brenngut nicht zu beeinträchtigen.
Herkömmlicherweise
ist – wie
auch in der
DE 198
28 767 A1 beschrieben – hierzu
der Boden in der Brennkammer mit einem Ascherost versehen, durch
den die Asche zunächst
in einen Ascheraum fällt.
Aus diesem wird die Asche automatisch über eine Transportschnecke
in den Aschebehälter gefördert, der
von Zeit zu Zeit zu entleeren ist. Bei einem Ascherost besteht bei
der Verwendung von inhomogenen, mit Fremdpartikeln versehenen Brenngut
die Gefahr, dass derartige Fremdpartikel, beispielsweise Nägel oder
Steine, sich verklemmen und unter Umständen zu einer Blockade der
Transportschnecke führen
und somit den automatischen Ascheaustrag aus dem Ascheraum in den
Aschebehälter
blockieren. Weiterhin ist von Nachteil, dass noch nicht vollständig verbranntes
Brenngut, welches kleiner als die Durchgangsöffnung des Ascherosts ist,
in den Ascheraum fällt,
so dass nicht vollständig
verbranntes Brenngut in den Aschebehälter ausgetragen wird.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Heizkessel
für die
Verbrennung von festem Brennstoff, insbesondere für Biomasse, anzugeben.
-
Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
einen Heizkessel gemäß Anspruch
1. Danach ist zur Entfernung der Asche aus dem Brennkammerbereich
eine Ascheaustragseinrichtung mit zumindest einem Austragselement
vorgese hen, welches über
den Boden in der Brennkammer verschieblich angeordnet ist. Bei dem
Heizkessel wird daher die Asche seitlich über den Brennkammerboden verschoben,
auf dem das Brenngut verbrannt wird. Damit ist ein Ascherost nicht
notwendig und die mit dem Ascherost verbundenen Nachteile sind überwunden. Ein
wesentlicher Vorteil ist daher darin zu sehen, dass die Asche mit
Hilfe der Ascheaustragseinrichtung direkt vom Brennkammerboden entfernt
wird und unmittelbar dem Aschebehälter zugeführt werden kann. Unter Aschebehälter wird
hier jegliches Aufnahmevolumen für
die Asche verstanden, welches zur Aufnahme der über das Austragselement zugeführten Asche
vorgesehen ist. Der Aschebehälter
kann daher im weitesten Sinne auch eine sich an den Boden anschließende weitere
Fördereinrichtung sein,
beispielsweise ein Fallrohr oder ein Förderband.
-
Zweckdienlicherweise
ist hierbei vorgesehen, dass der Boden eine glatte Oberfläche aufweist und
frei von Durchfallöffnungen
für Asche
ist. Am Ende des Bodens ist dabei vorzugsweise der Aschebehälter unmittelbar
angeordnet. Durch die Ausgestaltung des Bodens mit einer glatten
Oberfläche
ist die Gefahr von Verklemmungen von Fremdkörpern für den Ascheaustrag und damit
eine Blockade der Ascheaustragseinrichtung vermieden. Der glatte
Boden ermöglicht
ein einfaches Schieben der Asche zum Aschebehälter hin.
-
Um
einen möglichst
kontinuierlichen Ascheaustrag zu gewährleisten, tritt der Boden
seitlich aus der Brennkammer aus und erstreckt sich durchgehend
bis zum Aschebehälter
hin. Der Boden bildet damit einen sich im Wesentlichen durch den gesamten
Kessel erstreckenden Kesselboden, wobei ein Teilstück dieses
Kesselbodens zugleich der Boden der Brennkammer ist.
-
Vorzugsweise
ist hierbei vorgesehen, dass sich die Ascheaustragseinrichtung über den
gesamten Boden erstreckt, um zuverlässig die Asche zum Aschebehälter hin
zu fördern.
-
Vorzugsweise
sind mehrere voneinander beabstandete Austragselemente vorgesehen.
Durch die in Längsrichtung
des Bodens in Abstand zueinander aneinan dergereihten Austragselemente
sind zwischen zwei aufeinander folgenden Austragselementen Brenngut-Kammern
gebildet, die quasi einzelne „Chargen" bilden. Durch die
Wahl der Abstände
der Austragselemente zueinander kann hierbei die Größe der einzelnen „Chargen" eingestellt werden.
Der Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Austragselementen
ist dabei größer als
die durchschnittliche Brenngut-Größe und insbesondere größer als eventuell
zu erwartende Fremdkörper.
Das Brenngut fällt
also zwischen die Austragselemente auf den Boden.
-
Gemäß einer
zweckdienlichen Weiterbildung ist eine Steuerung vorgesehen, über die
die Vorschubgeschwindigkeit des Austragselements einstellbar bzw.
steuer- oder regulierbar
ist. Die Steuerung ist hierbei insbesondere derart ausgebildet, dass
das Austragselement kontinuierlich oder diskontinuierlich über den
Boden verschoben werden kann. Auch ist ein Vor- und Rücklauf möglich, so
dass eventuell auftretende Verklemmungen oder dergleichen durch
einen Reverserbetrieb behoben werden können. Auch kann durch gezielten
Vor- und Rücklauf
eine Homogenisierung oder Vermischung des Brennguts erzielt werden.
-
Zweckdienlicherweise
ist hierbei vorgesehen, dass über
die Steuerung die Vorschubgeschwindigkeit und damit die Verweildauer
des Brennguts in der Brennkammer eingestellt wird. Insbesondere
wird die Einstellung hierbei Brennstoff oder Brenngut-abhängig vorgenommen.
Durch diese Maßnahme
lässt sich
der Heizkessel daher problemlos mit unterschiedlichsten Biomasse-Brennstoffen effizient
betreiben. Vorzugsweise erfolgt die Steuerung der Verweildauer hierbei
automatisch. Hierzu ist insbesondere eine Überwachung oder eine Messeinrichtung
zur Ermittlung des Verbrennungsgrads vorgesehen. Zweckdienlicherweise
wird daher die Vorschubgeschwindigkeit in Abhängigkeit des Verbrennungsgrads
reguliert.
-
Um
einen möglichst
störungsfreien
Betrieb zu ermöglichen,
ist zur Verschiebung des zumindest einen Austragselements gemäß einer
zweckdienlichen Weiterbildung eine umlaufende Förderkette vorgesehen, an der
das zumindest eine Austragselement befestigt ist. Die Förderkette
ist hierbei elektromotorisch antreibbar.
-
Durch
die Ausgestaltung als Förderkette
ist die gesamte Ascheaustragseinrichtung sehr robust und damit ausfallsicher.
-
Zweckdienlicherweise
ist der Boden im Querschnitt muldenartig ausgebildet und das Austragselement
ist an den muldenartigen Querschnitt angepasst. Durch den muldenartigen
Querschnitt sammelt sich die Asche zentral am Tiefpunkt der Mulde
an. Durch die angepasste Geometrie des Austragselements, also insbesondere
eine an den muldenartigen Querschnitt angepasste Wölbung, wird
die sich ansammelnde Asche weitgehend vollständig über den Boden hinweggeschoben.
-
Zweckdienlicherweise
ist hierbei das Austragselement als eine Transportschaufel und insbesondere
nach Art einer Pflugschaufel ausgebildet. Die Schaufel erstreckt
sich im Wesentlichen quer zur Längserstreckung
des Bodens und überdeckt
somit zumindest den zentralen Teilbereich des Bodens. Insbesondere
durch die Ausgestaltung als Pflugschaufel mit einer zentralen nach
vorne in Förderrichtung
gerichteten Pflugspitze und seitlich hierzu angeordneten Schaufeln
ist ein möglichst
verschleißarmer und
wartungsfreier Betrieb erzielt.
-
Vorzugsweise
ist der Boden wassergekühlt. Durch
die Wasserkühlung
wird insgesamt eine ausreichend geringe Temperatur der Asche beispielsweise
im Bereich zwischen 80 und 90°C
erzielt. Durch diese Kühlung
wird verhindert, dass die bei der Verbrennung entstehende Schlacke
anbackt oder anklebt und dadurch den Ascheaustrag behindert.
-
Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen jeweils in schematischen Darstellungen:
-
1 eine
Frontalansicht eines Heizkessels,
-
2 eine
Seitenansicht des Heizkessels und
-
3 eine
Aufsicht auf den Heizkessel.
-
In
den Figuren sind die gleichen Teile mit den gleichen Bezugszeichen
versehen. Nachfolgend werden im Wesentlichen lediglich die für die Ascheaustragseinrichtung
relevanten Teile beschrieben.
-
Der
in den 1 bis 3 dargestellte Heizkessel 2 ist
zur Verteuerung von festem Brennstoff, insbesondere von Biomasse
vorgesehen. Der Heizkessel weist eine Brennkammer 4 auf,
der über
eine Brennstoffzuführeinrichtung 6 der
Brennstoff oder das Brenngut seitlich zuführbar ist. Die Brennstoffzuführeinrichtung 6 ist
im Ausführungsbeispiel
als eine Förderschnecke
ausgebildet. Der Heizkessel 2 weist einen Kesselboden 8 auf,
der sich durch den ganzen Heizkessel 2 erstreckt und zugleich
den Boden der Brennkammer 4 bildet. Der Boden 8 ist
in Längsrichtung
des Heizkessels 2 ausgerichtet und verlässt die Brennkammer 4 an
einer Seitenwand der Brennkammer 4, die gegenüberliegend
zu einer Öffnung
angeordnet ist, über
die mittels der Brennstoffzuführeinrichtung 6 das
Brenngut zugeführt
wird. Die Brennkammer 4 erstreckt sich – wie insbesondere aus 3 hervorgeht – im Ausführungsbeispiel
etwa über
die Hälfte
bis 2/3 des Kesselinnenraums.
-
An
der der Brennstoffzuführeinrichtung 6 gegenüberliegenden
Stirnseite des Heizkessels 2 ist ein Aschebehälter 10 angeordnet. 1 zeigt
die Ansicht auf diese Stirnseite. Aus dieser Darstellung ist zu
entnehmen, dass der Kesselinnenraum durch eine Trommel 12 gebildet
ist. Über
eine stirnseitig angeordnete Tür 14 oder
Klappe kann die Trommel 12 inspiziert werden. In 1 sind
weiterhin Wasseranschlüsse 16 für das zu
erwärmende
Wasser dargestellt. Dieses dient zugleich zur Kühlung des Bodens 8.
-
Der
sich über
den gesamten Heizkessel 2 erstreckende Boden 8 weist
eine glatte Oberfläche
auf und hat keinerlei Durchfallöffnungen
für die
anfallende Asche. Er erstreckt sich durchgehend von der Brennkammer 4 bis
zu dem Aschebehälter 10.
-
Zum
Ascheaustrag ist eine Ascheaustragseinrichtung vorgesehen, welche
eine mittig über
den Boden 8 laufende Förderkette 18 umfasst,
an der in vorzugsweise gleichmäßigen Abständen insbesondere
nach Art von Pflugschaufeln ausgebil dete Transportschaufeln 20 befestigt
sind. Die Förderkette 18 ist
um zwei Rollen 22 oder Walzen umlaufend einmal oberhalb
des Bodens 8 und einmal unterhalb des Bodens 8 geführt. Die
eine Rolle 22 dient hierbei als Antriebsrolle, die von
einem Elektromotor 24 angetrieben wird.
-
Die
Transportschaufeln 20 sind dabei derart angeordnet, dass
sie auf dem Boden 8 entlang gleiten und dadurch Asche,
die sich auf dem Boden 8 befindet, vor sich herschieben.
-
Wie
aus 1 ersichtlich ist, ist der Boden 8 wannenartig
gewölbt
ausgebildet. Die Asche wird sich daher im mittleren zentralen Bereich
ansammeln. Die Transportschaufeln 20 erstrecken sich über einen
zentralen Teilbereich des Bodens 8. Weiterhin sind sie
zweckdienlicherweise entsprechend der Geometrie des Bodens 8 ausgebildet.
D.h. die dem Boden 8 zugewandte Seite der Transportschaufeln 20 weist
die gleiche Krümmung
wie der Boden 8 auf.
-
Beim
Betrieb des Heizkessels 2 wird der Brennkammer 4 über die
Brennstoffzuführeinrichtung 6 Brenngut
zugeführt,
welches direkt auf den Boden 8 fällt. Nach der Zündung des
Brennguts über
eine Zündeinrichtung 26 verbrennt
das Brenngut auf dem Boden 8. Zur Unterstützung einer
gezielten Verbrennung wird hier üblicherweise
von der Seite Luft in die Brennkammer 4 eingeblasen. Prinzipiell
besteht auch die Möglichkeit,
durch den Boden über
kleine Luftöffnungen
Luft unmittelbar in die Glut des Brennguts einzublasen.
-
Mit
Hilfe der Förderkette 18 und
den Transportschaufeln 20 wird nunmehr das Brenngut kontinuierlich
oder auch diskontinuierlich in Längsrichtung des
Bodens 8 in Richtung zum Aschebehälter 10 weitergefördert. Zwischen
den aufeinander folgenden Transportschaufeln 20 sind daher
quasi Brenngut-Chargen gebildet. Unmittelbar im Bereich der Brennzuführeinrichtung 6 sind
die Chargen nahezu unverbrannt, wohingegen die weiter nach vorne
orientierten Chargen einen zunehmend höheren Verbrennungsgrad aufweisen.
Die Fördergeschwindigkeit,
also die Umlaufgeschwindigkeit der Transportkette 18 ist
dabei derart eingestellt, dass das Brenngut beim Austritt aus der
Brennkammer 4 vollständig verbrannt
ist. Zweckdienlicherweise wird hier der Verbrennungsgrad automatisch überwacht.
In Abhängigkeit
des Verbrennungsgrads wird die Fördergeschwindigkeit
der Transportkette 18 und damit die Verweildauer des Brennguts
in der Brennkammer 4 geregelt. Alternativ hierzu wird die
Fördergeschwindigkeit
manuell oder halbautomatisch, beispielsweise in Abhängigkeit
einer gewählten
Brennstoffart eingestellt.
-
Zweckdienlicherweise
ist weiterhin eine Überwachungseinrichtung
vorgesehen, über
die die notwendige Förderkraft
für den
Weitertransport der Transportschaufeln 20 überwacht
wird, um eventuelle Verklemmungen oder Verstopfungen rechtzeitig automatisch
zu erkennen. Eine derartige Überwachungseinrichtung
ist beispielsweise eine Drehmomentüberwachung am Elektromotor 24.
Sobald ein vorgegebenes Drehmoment übertroffen wird, wird dies
als eine Störung
erfasst und die Transportkette 18 wird im Reverserbetrieb
gefahren, das heißt
sie wird mehrfach vor- und zurückbewegt,
bis sich die Verklemmung wieder gelöst hat.
-
Der
Boden 8 ist insbesondere als kühlbarer Doppelboden ausgebildet,
durch den das zu erwärmende
Wasser fließt.
Durch diese Maßnahme
wird gewährleistet,
dass die Temperatur am Boden insbesondere auf etwa 80 bis 90° begrenzt
ist, so dass sich keine Verbackungen ausbilden, die den Weitertransport
behindern könnten.
Insbesondere wird dadurch auch die Temperaturbelastung der Transportkette 18 und
der Transportschaufeln 20, die in der Brennkammer 4 unmittelbar
dem Brenngut ausgesetzt sind, gering gehalten.
-
Ein
wesentlicher Vorteil dieses neuartigen Heizkessels 2 ist
darin zu sehen, dass auf einen Ascherost, insbesondere auch auf
einen Bandkettenrost oder Schubrost verzichtet wird, so dass keine Gefahr
einer Verklemmung von Fremdkörpern
besteht. Vielmehr wird mit Hilfe der Transportschaufeln 20 die
Asche über
den mit einer glatten Oberfläche versehenen
Boden 8 unmittelbar zum Aschebehälter 10 geschoben.
Durch den zusätzlich
möglichen
Reverserbetrieb ist ein störungsfreier
und automatischer Ascheaustrag erzielt. Ein weiterer Vorteil ist
darin zu sehen, dass über
die Fördergeschwindigkeit, also
die Umlaufgeschwindigkeit der Trans portkette 18, die Verweildauer
des Brennguts problemlos einstellbar ist, so dass eine optimale
Verbrennung auch von unterschiedlichen Biomasse-Brenngut problemlos
erreicht wird. Der als Brennmulde ausgebildete Boden 8 erlaubt
also die Verbrennung von unterschiedlichsten Biomasse-Brennstoffen.
Die Ausführung
mit der Transportkette 18 und den daran angeordneten, insbesondere
angeschweißten
Transportschaufeln 20 ist sehr robust und damit wartungsarm.
-
- 2
- Heizkessel
- 4
- Brennkammer
- 6
- Brennstoffzuführeinrichtung
- 8
- Boden
- 10
- Aschebehälter
- 12
- Trommel
- 14
- Tür
- 16
- Wasseranschluss
- 18
- Förderkette
- 20
- Transportschaufel
- 22
- Rollen
- 22
- Antriebsrolle
- 24
- Elektromotor
- 26
- Zündeinrichtung