DE202005012655U1 - Vorrichtung zum Verbrennen fester Brennstoffe - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zum Verbrennen fester Brennstoffe, bestehend aus einer Einheit (1) mit einer Fördereinrichtung (2) und einer konstanten primären- (3) und sekundären (4) Luftzufuhr, einem Brennerflansch (5) als Verbindungsstück zu einem Brennstoffkessel (6) mit einem Rost (7) und dessen Durchbrüchen (8), um die primäre- (3) und sekundäre (4) Luftzufuhr über automatisch betriebene Regelventile (9) zu gewährleisten, gekennzeichnet dadurch,
– dass das Rost (7) in einem zentralen Teil (P.1) und einem peripheren Teil (S) untergliedert ist,
– dass der zentrale Teil (P) des Rostes (7) je nach Menge des festen Brennstoffes mit mindestens einer Luftkammer (P.1) zu fertigen ist,
– dass durch die Durchbrüche (8) des Rostes (7) mindestens eine primäre (3) Luftzufuhr über das automatisch betriebene Regelventil oder Gebläse (9) einzubringen ist,
– dass die Durchbrüche (8) im zentralen Teil (P) des Rostes (7) und dessen Luftkammer (P.1) unterschiedliche Größen aufweisen,
– dass die sekundäre...

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verbrennen fester Brennstoffe und dessen automatisch geregelte mehrstufige Lufteinbringung in eine Luftkammer, welcher zur optimalen Verbrennungsreaktion gezielt Primär- und Sekundärluft zugeführt werden.
• Allgemein bekannt ist, dass aus den umweltfreundlichen Brennstoffen während der automatischen Verbrennung in der Heizung Wärmeenergie entsteht. Die Verbrennung und dessen Leistungsabgabe startet vollautomatisiert.
• So ist in dem DE-Gebrauchsmuster 298 12 898 U1 beschrieben, dass ein Flammrohr einen Wärmetauscher durchsetzt und dieses Flammrohr von Wasser an seinem Außenmantel umspült ist. Die Luftkammer des Pelletbrenners selbst ist mit einem wärmeisolierenden Mantel umgeben. Um den Abstand von der Seitenwand des Feststoffbrennkessels zu überbeücken, ist eine Sekundärluftzuleitung an das Flammrohr angeschlossen. Die Primärluftzuleitung erfolgt derart, dass die unterhalb der Luftkammer mittels eines Rostes angeschlossen und darunter mindestens eine für die Primärluft zuständige Austrittsöffnung mit mindestens einer Zuleitung angeordnet ist.
• Auch das DE-Gebrauchsmuster 298 09 059 U1 stellt einen Rost mit stufenförmig angeardneten Rostplatten für Brennstoffkessel unter Schutz, dass bei Vorhandensein eines einzigen Rostes im Bereich der Seitenwangen und dass bei Vorhandensein von mindestens zwei Teilrosten im Bereich der Seiten- und Firstwangen einzeln lösbar zu befestigen sind.
• Bekannt sind Brenner für feste Brennstoffe, welche in der Lage sind, die daraus entstehende Wärme in einem Raumofen oder in einer Zentralheizung zu nutzen. Üblicherweise wird hierfür das Luftverhältnis von der Primär- zur Sekundärluft einmalig bei der Inbetriebnahme durch den Installateur vor Ort eingestellt, bis bei Nennwärmeleistung eine bestmögliche Verbrennung stattfindet. Das Problem hierbei ist jedoch, dass, wenn sich die Größe des Brennstoffs ändert, oder wenn der Heizkessel nicht auf Nennleistung betrieben wird, die Verbrennung aufgrund des nicht optimalen Luftverhältnisses nicht einwandfrei vonstatten gehen kann. Dies hat zur Folge, dass immer dann, wenn diese Zustände eintreten, der Brennstoffverbrauch steigt und die Umwelt mit zusätzlichen Luftschadstoffen betastet wird. Der Grund für diese Verbrennungsprobleme liegt an der nicht an die Brennstoffmenge angepassten Luftverhältnisse im Brenner. Es ist bei den marktüblichen Systeme nicht möglich, eine wirkliche Leistungsmodulation zu fahren. Dies ist auch der Grund, warum sinnvoller Weise bei diesen Systemen ein Pufferspeischer verwendet werden muss, da hierdurch die sonst nötige Leistungsmodulation vermieden werden kann.
• Andere auf dem Markt befindlichen Brennstoffkessel zur Verfeuerung von festen Brennstoffen verbrennen das Brenngut gerade während der Leistungsmodulation aufgrund der nicht gezielten und an das Brenngut angepassten Lufteinbringung in die Flamme, nicht optimal. Dies führt zu schlechten Abgaswerten mit z.T. hohen Emissionen und einem niedrigen Wirkungsgrad.
• Deshalb macht sich die Erfindung zur Aufgabe, die Lufteinbringung automatisch und mehrstufig derart optimiert in eine Luftkammer eines Brenners zur Verfeuerung von festen Brennstoffen zu bringen, dass für jede Leistungsstufe bzw. Brennstoffmenge der Leistungsmodulation auch ein bestimmtes Luftverhältnis zwischen mindestens einer primären und/oder einer sekundären Verbrennungszone erreichbar ist.
• Diese Aufgabe wird mit dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Mehrwege-Luftverteilung während des Brennvorganges derart vonstatten geht, dass die primäre Luftzufuhr durch das Rost und die sekundäre Luftzufuhr durch einen Brennermantel mit seinen jeweiligen Durchbrüchen in Richtung einer über oder unter dem Rost liegenden Flamme geführt wird. Hierbei wird die primäre Luftzufuhr direkt in mindestens eine Luftkammer des Rostes und durch dessen Durchbrüche in Richtung einer Flamme geführt. Die sekundäre Luftzufuhr wird direkt über oder unter im Außenumfang des Brenners, welcher das Rost mit seinen beiden Luftkammern umschließt und als Brennermantel fungiert, und durch dessen Durchbrüche in Richtung der Flamme geführt.
• Es hat sich als Vorteil während des Verbrennungsvorganges erwiesen, dass das Rost selbst aus mindestens zwei Brennkammern bestehen sollte, deren Durchbrüche jeweils von innen nach außen hin verlaufend kleiner werden. Je nach Menge des festen Brennstoffes auf dem Rost sind unterschiedlichste Leistungsbereiche erreichbar. Die gängigsten Leistungsbereiche liegen bei ca. 4 kW bis 27 kW. Um den Brennvorgang auch während der Leistungsmodulation optimal aufrecht zu halten, macht sich für jede Leistungsstufe der Leistungsmodulation ein bestimmtes Luftverhältnis zwischen der Primär- und der Sekundärver brennungszone notwendig. Durch den Einsatz von automatisch betriebenen Regelventile oder Gebläse sowie einer besonderen Geometrie des Rostes in Verbindung mit einer eigens erstellten Mikroprozesssteuerung, welche hierbei nietet weiter erwähnt sein sollte, wird je nach dem erforderlichen Wärmebedarf die erforderliche Leistung automatisch ermittelt und an den Brenner selbst weitergegeben. Je nach Brennstoffmenge werden innerhalb von wenigen Sekunden die Luftverhältnisse – die primäre und die sekundäre Luftzufuhr – angepasst.
• Eine zweckmäßige Ausgestaltung des Erfindungsgedankens sieht vor, die Anzahl der primären Luftzuführungen von der Anzahl der Luftkammern des Rostes abhängig zu machen. Aber auch ist es erwiesen, dass die Anzahl der primären Luftzuführungen losgelöst von der Anzahl der Luftkammern des Rostes in Richtung der Flamme zu führen. Dies macht es möglich, da jede primäre und die sekundäre Luftzufuhr voneinander getrennt zu den einzelnen Luftkammern und dem Außenumfang des Rostes geführt wird, da jede primäre und die sekundäre Luftzufuhr mittels automatisch betriebener Regelventile oder mittels Gebläse gesteuert werden. Denkbar ist auch, die primäre Luftzufuhr unabhängig von der Anzahl der Luftkammern derart zu betreiben, dass auch eine einzige primäre Luftzufuhr direkt dem Rost zuzuführen ist.
• Als weiterer Vorteil hat sich erwiesen, dass durch das Brennverfahren die Verbrennungsluft optimal und kontrolliert in die Verbrennungsreaktion einwirken kann und somit während der gesamten Leistungsmodulation eine höchst effiziente und saubere Verbrennung stattfindet.
• Nach dieser neuen Vorrichtung zum Verbrennen fester Brennstoffe ist insbesondere die automatisch geregelte mehrstufige Lufteinbringung hervorzuheben. Hierdurch ist es möglich, dass die Verbrennung auch während der Leistungsmodulation immer optimal vonstatten geht, da für jede Leistungsstufe der Leistungsmodulation ein bestimmtes Luftverhältnis zwischen der Primär- und der Sekundärverbrennungszone notwendig ist. Durch den Einsatz, z. B von automatisch betriebenen Regelventilen oder einzelner Gebläse, einer Sauerstoff-Lambdasonde und einer eigens hierfür entwickelten Microprozessorsteuerung, auf welche in der Erfindungsmeldung nicht weiter eingegangen werden soll, wird dies mittels einer besonderen Brennergeometrie ermöglicht.
• Denn es gilt grundsätzlich: Es wird immer nur soviel Luft an die Stelle im Brenner eingeblasen, dass diese auch in die Verbrennung einfließen kann. Da sich während der Leistungsmodulation die Abbrandzone vergrößert bzw. verkleinert, ist es notwendig, die Luftströmungen entsprechend automatisch anzupassen. Durch diese neue erfindungsgemäße Lösung ist es nun möglich, einen Kesseltyp mit einem Leistungsbereich von 4–27 kW zu produzieren. Die benötigte Leistung wird je nach Wärmebedarf automatisch von der Mikroprozessorsteuerung ermittelt und an den Brenner weitergegeben. Je nach Leistungsstufe werden dann innerhalb von wenigen Sekunden die Luftverhältnisse und die jeweilige Brennstoffmenge angepasst. Dies sorgt für durchweg höchste Wirkungsgrade und niedrige Abgasemissionen. Das System besteht grundsätzlich aus mehreren automatisch betriebenen Regelventilen, welche einen Öffnungswinkel von von 0–100 % besitzen, oder einzelnen Gebläsen. Durch diese Regelbarkeit ist es möglich, die Luftverhältnisse von außen im Brenner anzupassen. Hierbei wurde ein Brenner mit einer dreistufigen Luftverteilung gewählt. Die Luftströmung, welche über ein drehzahlgeregeltes Gebläse zu erzeugen ist, ist folglich über den Luftsammelkasten an die einzelnen automatisch betriebenen Regelventile oder direkt über die einzelnen Gebläse zu erzeugen und zu übertragen.
• Je nach Brennerleistung ist der gesamte Luftstrom entsprechend aufgeteilt. Es ist somit nicht nur die Brennstoffmenge und die Gebläsedrehzahl zu regeln, sondern auch die einzelnen Luftverhältnisse im Brenner. Hierdurch wird die Luft weitestgehend immer an die Stelle im Brenner gebracht, wo diese für die Verbrennung direkt benötigt wird. Eine unnötige Lufteinströmung gerade im Primärbereich wird hierdurch wirkungsvoll unterbunden. Durch dieses System wird es möglich, mit nur einer Brennergröße verschiedene Leistungsgrößen effektiv zu verwirklichen.
• Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die erfindungsgemäße Lösung näher beschrieben werden.
• Hierbei zeigt
• 1 die gerätetechnischen Einzelheiten als Draufsicht mit der Einheit 1 und dem Brennstoffkessel 6
• 2a bis c die Beschickung des Rostes 7 als Draufsicht und
• 2d den Brennermantel S in seiner Außenansicht.
• Ausgehend davon, dass sich im Brennstoffkessel 6 als Brenner ein Rost 7, hier mit zwei Luftkammer P.1 und P.2 befindet, ist in 1 in einer Einheit 1 eine Brennstoffzuführeinrichtung in Form einer Förderschnecke eingelassen, welche den festen Brennstoff über einen Brennerflansch 5 als Verbindungsstück auf das im Brennstoffkessel 6 befindliche Rost 7 transportiert. Je nach Anzahl der Luftkammern – hier P.1 und P.2 – ist über eine Steuerung und deren Stellglieder 9 zusätzlich auch die primäre Luftzufuhr 3 direkt unter dem Rost 7, zuzuführen, um somit die primäre Luftzufuhr 3 direkt in die Flamme leiten zu können. Die sekundäre Luftzufuhr 4 ist einem doppelwandigen Brennermantel – dem peripheren Teil S – zugeführt.
• Gem. 2 in Verbindung mit 1 ist erkennbar, dass das Rost 7 selbst aus mindestens drei Teilen besteht, welches sich wie folgt zusammensetzt: einem zentralen Teil P mit seinen zwei unterteilten Luftkammern P.1 und P.2 und einem Brennermantel S als peripheres Teil. Dem zentralen Teil P des Rostes 7 ist die primäre Luftzufuhr 3 über zwei Stellglieder 9 aufgrund der zwei Luftkammern P.1 und P.2 und dem peripheren Teil S des Rostes 7 ist die sekundäre Luftzufuhr 4 demnach über ein weiteres Stellglied 9 zuzuführen.
• Die Durchbrüche 8 im zentralen Teil P des Rostes 7 und dessen Luftkammern P.1; P.2 weisen unterschiedliche Größen derart auf, dass die Durchbrüche 8 von innen nach außen in Richtung des peripheren Teil -dem Brennermantel S- kleiner werdend zu fertigen sind.
• Die Durchbrüche 10 in dem peripheren Teil S des Brennermantels S bedürfen keiner besonderen Größe oder Form.
• Die 2a bis c sollen nochmals verdeutlichen, mit welcher Menge fester Brennstoffe auf dem Rost 7 und dessen Luftkammern P.1 und P.2 welche Holzleistung zu erreichen ist.
• So verdeutlicht 2a, dass mit dieser minimalen Belegung von festen Brennstoffen in einer Luftkammer P.1 des zentralen Teiles P des Rostes 7 eine Heizleistung von ca. 4 bis 8 kW erreicht wird. Erfolgt die Belegung der einen Luftkammer P.1 vollständig mit dem festen Brennstoff, wird eine Heizleistung bei ca. 12 kW erreicht. (2b)
• Die Darstellung der 2c zeigt auf, dass mit einer kompletten Belegung von festem Brennstoff beider Luftkammern P.1 und P.2 eine Heizleistung über 27 kW zu erreichen ist.
• Gemäß 2d zeigt den Brennermantel S mit seinen Durchbrüchen 10 in Außenansicht.
• Die erfindungsgemäße Lösung mit seinen Ausführungsbeispielen soll nochmals die vorteilhafte Vorrichtung verdeutlichen, dass insbesondere mittels der mindestens zwei Luftkammern, in denen unabhängig voneinander die Luft zugeführt werden kann, eine unkontrollierte unerwünschte Luftzufuhr zu unterbinden und die Brennerleistung unterschiedlich zu variieren ist.

1

Einheit

2

Fördereinrichtung

3

primäre Luftzufuhr

4

sekundäre Luftzufuhr

5

Brennerflansch

6

Brennstoffkessel

7

Rost

8

Durchbrüche in P.1 und P.2

9

Stellglieder in 1

10

Durehbrüche in S

P

zentrale Teil von 7

P.1

Luftkammer

P.2

Luftkammer

S

Brennermantel (periphere Teil von 7)

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Verbrennen fester Brennstoffe, bestehend aus einer Einheit (1) mit einer Fördereinrichtung (2) und einer konstanten primären- (3) und sekundären (4) Luftzufuhr, einem Brennerflansch (5) als Verbindungsstück zu einem Brennstoffkessel (6) mit einem Rost (7) und dessen Durchbrüchen (8), um die primäre- (3) und sekundäre (4) Luftzufuhr über automatisch betriebene Regelventile (9) zu gewährleisten, gekennzeichnet dadurch, – dass das Rost (7) in einem zentralen Teil (P.1) und einem peripheren Teil (S) untergliedert ist, – dass der zentrale Teil (P) des Rostes (7) je nach Menge des festen Brennstoffes mit mindestens einer Luftkammer (P.1) zu fertigen ist, – dass durch die Durchbrüche (8) des Rostes (7) mindestens eine primäre (3) Luftzufuhr über das automatisch betriebene Regelventil oder Gebläse (9) einzubringen ist, – dass die Durchbrüche (8) im zentralen Teil (P) des Rostes (7) und dessen Luftkammer (P.1) unterschiedliche Größen aufweisen, – dass die sekundäre (4) Luftzufuhr über einen Brennermantel (5), welcher mindestens eine Luftkammer (P.1) umschließt, und durch dessen Durehbrüche (10) regelbar hindurchzuführen ist.
2. Vorrichtung zum Verbrennen fester Brennstoffe nach Anspruch 9, gekennzeichnet dadurch, dass mindestens eine regelbare Luftzuführung (9) der primären (3) Luftzufuhr zuzuordnen ist.
3. Vorrichtung zum Verbrennen fester Brennstoffe nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, dass entsprechend der Anzahl der Luftkammern (P.1) und/oder (P.2) für jede primäre (3) Luftzufuhr und für die sekundäre (4) Luftzufuhr jeweils ein automatisch betriebenes Regelventil (9) anzuordnen ist.
4. Vorrichtung zum Verbrennen fester Brennstoffe nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Durchbrüche (8) des zentralen Teiles (P) des Rostes (7) mit Luftkammern (P.1) und (P2) von innen nach außen verlaufend kleiner werden zu fertigen sind.
5. Vorrichtung zum Verbrennen fester Brennstoffe nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, dass anstelle der Regelventile für jede primäre (3) und einer sekundären (4) Luftzufuhr ein eigenes regelbares Gebläse zu fertigen ist.