DE202013105873U1

DE202013105873U1 - Combustion device for combustion of solid fuel

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Publication number: DE202013105873U1
Application number: DE201320105873
Authority: DE
Original assignee: NMT NORMOTEC SYSTEMELEMENTE GmbH
Current assignee: NMT NORMOTEC SYSTEMELEMENTE GmbH
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2014-01-21
Anticipated expiration: 2023-12-21

Abstract

Verbrennungsvorrichtung (1) zur Verbrennung von festem Brennstoff, aufweisend einen Brennraum (2) mit einem Beschickungsbereich (3), ein Feuerrost (5), eine Rauchgasführung (10) mit einem Rauchgasführungskanal (11) sowie eine Zuluftführung (13) mit einem Zuluftführungskanal (14), wobei der Feuerrost (5) den Brennraum (2) in eine obere Kammer (8) und eine untere Kammer (9) unterteilt und eine sich von einer Oberseite nach unten erstreckende Ausformung (6) mit seitlichen Öffnungen (7) aufweist, wobei – die obere Kammer (9) als Bereich einer Vorverbrennung (VV) zum Verbrennen und Vergasen des festen Brennstoffes und zum Verbrennen leichter Gasbestandteile, – die Ausformung (6) mit den seitlichen Öffnungen (7) als Bereich einer Hauptverbrennung (HV) zum Verbrennen von Verbrennungsgasen mit unverbrannten Gasbestandteilen und – die untere Kammer (9) mit einer Nachverbrennungskammer als Bereich einer Nachverbrennung (NV) zum Verbrennen schwer brennbarer Gasanteile ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der unteren Kammer (9) in Strömungsrichtung des Gases der Nachverbrennungskammer nachfolgend ein Katalysator (16) angeordnet ist, sodass die untere Kammer (9) einen Bereich einer katalytischen Verbrennung (KV) aufweist, wobei das aus der Nachverbrennungskammer austretende Gas beim Durchströmen des Katalysators (16) weiterverbrannt wird.Combustion device (1) for burning solid fuel, comprising a combustion chamber (2) with a charging area (3), a fire grate (5), a flue gas duct (10) with a flue gas duct (11) and a supply air duct (13) with a supply air duct ( 14), the fire grate (5) dividing the combustion chamber (2) into an upper chamber (8) and a lower chamber (9) and having a formation (6) with lateral openings (7) extending downward from an upper side, - the upper chamber (9) as a pre-combustion area (VV) for burning and gasifying the solid fuel and for burning light gas components, - the formation (6) with the lateral openings (7) as a main combustion area (HV) for burning of combustion gases with unburned gas components and - the lower chamber (9) with an afterburning chamber as an afterburning area (NV) for burning difficultly combustible gas components, thereby ge indicates that a catalytic converter (16) is subsequently arranged within the lower chamber (9) in the flow direction of the gas of the post-combustion chamber, so that the lower chamber (9) has an area of catalytic combustion (KV), with the gas emerging from the post-combustion chamber during Flowing through the catalyst (16) is further burned.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungsvorrichtung zur Verbrennung von festem Brennstoff mit einem Brennraum, einem Feuerrost, einer Rauchgasführung mit einem Rauchgasführungskanal sowie einer Zuluftführung mit einem Zuluftführungskanal. Der den Brennraum in eine obere und eine untere Kammer unterteilende Feuerrost weist eine sich von einer Oberseite nach unten erstreckende Ausformung mit seitlichen Öffnungen auf. The invention relates to a combustion device for combustion of solid fuel with a combustion chamber, a fire grate, a flue gas duct with a flue gas duct and a supply air duct with a Zuluftführungskanal. The fire grate subdividing the combustion chamber into upper and lower chambers has a formation with side openings extending from an upper side downwards.

Im Stand der Technik sind Festbrennstoffkessel als Scheitholzkessel und Kohlekessel bekannt, wobei der Begriff Festbrennstoffkessel in Bezug auf Anlagen verwendet wird, die durch die Verbrennung von Steinkohle, Koks, Braunkohlebriketts oder Holz Wärme für verschiedene Anwendungen erzeugen. Die bei der Verbrennung als Stoffumwandlungsprozess anfallenden Abgase, die je nach Zusammenhang auch als Rauchgase oder Brandgase bezeichnet werden, enthalten luftverschmutzende, umwelt- und gesundheitsschädliche Schadstoffe. Aus Gründen des Umweltschutzes bestehen nunmehr gesetzliche Vorschriften, die Schadstoffe durch Reinigung der Abgase zu begrenzen. Solid fuel boilers are known in the art as log wood boilers and coal boilers, the term solid fuel boilers being used in relation to plants producing heat for various applications by the combustion of hard coal, coke, lignite briquettes or wood. The resulting in the combustion as a matter conversion process exhaust gases, which are also referred to as flue gases or combustion gases depending on the context, contain pollutants polluting the environment and harmful to health. For reasons of environmental protection, there are now legal regulations to limit the pollutants by cleaning the exhaust gases.

Um die Schadstoffbelastung der Abgase der Verbrennung zu verringern, werden beispielsweise Lambdasonden eingesetzt. Die Lambdasonde regelt das Zusammenspiel verschiedener Parameter, wie Abgastemperatur und Lüfterleistung, welche für die Optimierung des Verbrennungsvorganges notwendig sind. Allerdings ist der Einsatz der Lambdasonden mit erhöhten Kosten der Herstellung und Wartung verbunden. In order to reduce the pollutant load of the exhaust gases of the combustion, for example lambda probes are used. The lambda probe regulates the interaction of various parameters, such as exhaust gas temperature and fan power, which are necessary for optimizing the combustion process. However, the use of lambda probes is associated with increased costs of manufacture and maintenance.

Gattungsgemäße Verbrennungsvorrichtungen sind zur Schadstoffbegrenzung mit einer Abgasreinigung versehen, die insbesondere einen Katalysator aufweist. Generic combustion devices are provided for emission control with an exhaust gas purification, which in particular has a catalyst.

Die Abgasentgiftungsverfahren unter Verwendung von Katalysatoren benötigen dabei weder Strom, Gase, Wasser oder andere Aufwendungen für den Reinigungsschritt. Allerdings müssen die Katalysatoren regelmäßig gewartet werden. Die Katalysatoren werden zur Unterstützung von Oxydationsprozessen im Rauchgas der Verbrennungsanlagen eingesetzt. Um wiederum eine Verunreinigung der Katalysatoren zu vermeiden, sollten die Katalysatoren ausschließlich von Rauchgasen mit geeigneter Betriebstemperatur durchströmt werden. Als Bestandteil des gesamten Reinigungsvorganges in den Verbrennungsanlagen wird unter anderem die selektive katalytische Reduktion der Stickoxide angewendet, die bei einer Temperatur des Rauchgases im Bereich von 1.100 °C bis 450 °C abläuft. Neben der katalytischen Reduktion der Stickoxide laufen jedoch auch weitere Oxidationsvorgänge ab, bei denen zum Beispiel Kohlenstoffmonoxid in Kohlenstoffdioxid umgewandelt wird. The exhaust gas detoxification processes using catalysts require neither electricity, gases, water or other expenses for the purification step. However, the catalysts must be maintained regularly. The catalysts are used to support oxidation processes in the flue gas of incinerators. In order to avoid again contamination of the catalysts, the catalysts should only be traversed by flue gases at a suitable operating temperature. As part of the entire cleaning process in the incinerators, inter alia, the selective catalytic reduction of nitrogen oxides is used, which takes place at a temperature of the flue gas in the range of 1100 ° C to 450 ° C. In addition to the catalytic reduction of nitrogen oxides, however, further oxidation processes take place in which, for example, carbon monoxide is converted into carbon dioxide.

Beim Prozess der Holzvergasung wird Holz als Biomasse mit Hilfe eines Vergasungsmittels beziehungsweise Oxidationsmittels, zum Beispiel Luft, Sauerstoff, Kohlendioxid oder Wasserdampf, durch Verschwelung in ein Produktgas oder Brenngas umgewandelt. Durch die Vergasung wird das Holz als Festbrennstoff folglich in einen gasförmigen Sekundärbrennstoff, auch als Holzgas bezeichnet, umgesetzt und anschließend verbrannt. In the process of wood gasification wood is converted as biomass by means of a gasification agent or oxidant, for example air, oxygen, carbon dioxide or water vapor, by charring into a product gas or fuel gas. As a result of the gasification, the wood as a solid fuel is consequently converted into a gaseous secondary fuel, also called wood gas, and then burnt.

Aus der DE 10 2010 041 909 A1 geht ein Holzvergaserkessel, insbesondere für Scheitholz, mit einem oberen Brennraum und einer Nachverbrennungskammer sowie mit einem zwischen der Nachverbrennungskammer und einem Abgasauslass strömenden Rauchgas hervor. Dem Abgasauslass ist ein Rauchgasgebläse zugeordnet. Die Zufuhr der Verbrennungsluft ist in Primär- und Sekundärluft unterteilt. Die Primärluft wird in den Brennraum geleitet und steuert die Holzvergasung. Für die anschließende Holzgasverbrennung wird dem entstandenen Holzgas zur vollständigen Verbrennung zusätzlich Verbrennungsluft in Form von Sekundärluft zugeführt. From the DE 10 2010 041 909 A1 is a wood gasification boiler, in particular for logs, with an upper combustion chamber and an afterburner chamber and with a flowing between the post-combustion chamber and an exhaust gas outlet flue gas out. The exhaust outlet is associated with a flue gas blower. The supply of combustion air is divided into primary and secondary air. The primary air is directed into the combustion chamber and controls the wood gasification. For the subsequent combustion of wood gas combustion air in the form of secondary air is additionally supplied to the resulting wood gas for complete combustion.

In der DE 10 2009 038 242 A1 wird ein Holzvergaserkessel mit einem Brennraum mit einer Primärluftzufuhr, einem Nachverbrennungsraum und einer Mischereinrichtung beschrieben. Der Brennraum ist derart wärmeisolierend ausgestaltet, dass sich bei der Verbrennung des Brennstoffes eine wärmeisolierte Glutzone ausbildet. Innerhalb der Mischereinrichtung werden die im Brennraum entstehenden Verbrennungsgase mit Sekundärluft aus einer Sekundärluftzufuhr vermischt. Die mit der Sekundärluft vermischten Verbrennungsgase werden anschließend im Nachverbrennungsraum verbrannt. In the DE 10 2009 038 242 A1 A wood gasifier boiler is described with a combustion chamber with a primary air supply, an afterburner and a mixer device. The combustion chamber is designed so heat-insulating that forms a thermally insulated glow zone during combustion of the fuel. Within the mixing device, the combustion gases produced in the combustion chamber are mixed with secondary air from a secondary air supply. The combustion gases mixed with the secondary air are then burned in the post-combustion space.

Im Vergleich zu anderen Scheitholzkesseln weisen herkömmliche Holzvergaserkessel drei räumlich und zeitlich getrennt voneinander ablaufende Stufen der Holzverbrennung auf, sodass geringere Schadstoffwerte erreicht werden können. Die erste Stufe, auch als Vorverbrennung bezeichnet, umfasst das Verbrennen des Holzes und die Holzvergasung. Die Verbrennungsgase werden anschließend mit noch unverbrannten Gasbestandteilen während der zweiten Stufe, der sogenannten Hauptverbrennung, verbrannt. Die bei der Hauptverbrennung entstehenden Rauchgase werden dann der dritten Stufe, der Stufe der Nachverbrennung, zugeführt. In comparison to other log boilers, conventional wood gasification boilers have three stages of wood combustion, which are separate in space and time, so that lower pollutant values can be achieved. The first stage, also known as precombustion, involves the burning of the wood and the wood gasification. The combustion gases are then burned with still unburned gas components during the second stage, the so-called main combustion. The flue gases resulting from the main combustion are then fed to the third stage, the post-combustion stage.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbrennungsvorrichtung in Form eines Holzvergaserkessels derart weiterzubilden, dass die Schadstoffwerte weiter minimiert werden. Die Verbrennungsvorrichtung sollte einfach bedienbar sein. Zur Weiterbildung notwendige Komponenten sollten aus Gründen der Wartung sowie des Austausches gut zugänglich sein. Object of the present invention is to develop a combustion device in the form of a wood gasifier boiler such that the pollutant levels are further minimized. The combustion device should be easy to use. to Training necessary components should be easily accessible for reasons of maintenance and replacement.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Verbrennungsvorrichtung zur Verbrennung von festem Brennstoff, insbesondere Holz, mit einem Brennraum, einem Feuerrost, einer Rauchgasführung mit einem Rauchgasführungskanal sowie einer Zuluftführung mit einem Zuluftführungskanal gelöst. Der den Brennraum in eine obere und eine untere Kammer unterteilende Feuerrost weist eine sich von einer Oberseite nach unten erstreckende Ausformung mit seitlichen Öffnungen auf. Die obere Kammer des Brennraumes ist als Bereich einer Vorverbrennung zum Verbrennen und Vergasen des festen Brennstoffes und zum Verbrennen leichter Gasbestandteile ausgebildet. Die Ausformung mit den seitlichen Öffnungen des Feuerrostes ist als Bereich einer Hauptverbrennung zum Verbrennen von Verbrennungsgasen mit unverbrannten Gasbestandteilen vorgesehen. Die untere Kammer des Brennraumes ist mit einer Nachverbrennungskammer als Bereich einer Nachverbrennung zum Verbrennen schwer brennbarer Gasanteile ausgebildet. The object is achieved by a combustion device for burning solid fuel, especially wood, with a combustion chamber, a grate, a flue gas duct with a flue gas duct and a supply air with a Zuluftführungskanal. The fire grate subdividing the combustion chamber into upper and lower chambers has a formation with side openings extending from an upper side downwards. The upper chamber of the combustion chamber is formed as a pre-combustion area for burning and gasifying the solid fuel and burning light gas components. The formation with the side openings of the fire grate is provided as a region of a main combustion for burning combustion gases with unburned gas components. The lower chamber of the combustion chamber is formed with an afterburner chamber as an area of afterburning for burning hardly combustible gas fractions.

Nach der Konzeption der Erfindung ist innerhalb der unteren Kammer in Strömungsrichtung des Gases der Nachverbrennungskammer nachfolgend ein Katalysator angeordnet. Die untere Kammer weist somit neben der Nachverbrennungskammer einen Bereich einer katalytischen Verbrennung auf. Das aus der Nachverbrennungskammer austretende Gas wird als Rauchgas beim Durchströmen des Katalysators weiterverbrannt. Damit ist den drei bekannten Stufen der Verbrennung – Vorverbrennung, Hauptverbrennung und Nachverbrennung – mit der katalytischen Verbrennung erfindungsgemäß eine vierte, räumlich und zeitlich von den anderen Stufen getrennt ablaufende Stufe der Verbrennung nachgeordnet und innerhalb der Verbrennungsvorrichtung integriert. Mit der katalytischen Verbrennung werden die aus der Verbrennungsvorrichtung austretenden Schadstoffe weiter minimiert. According to the concept of the invention, a catalytic converter is arranged below the lower chamber in the flow direction of the gas of the afterburner chamber. The lower chamber thus has a region of catalytic combustion in addition to the post-combustion chamber. The gas emerging from the post-combustion chamber is burned on as a flue gas as it flows through the catalyst. Thus, according to the invention, with the catalytic combustion, the fourth stage of the combustion, which takes place spatially and temporally separated from the other stages, is subordinated to the three known stages of combustion - pre-combustion, main combustion and post-combustion - and integrated within the combustion apparatus. Catalytic combustion further minimizes pollutants emanating from the combustor.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Katalysator an einem Übergang der unteren Kammer in den Rauchgasführungskanal angeordnet. Der Katalysator erstreckt sich dabei vorteilhaft über den gesamten Strömungsquerschnitt des Überganges, sodass das aus der Nachverbrennungskammer austretende Rauchgas vollständig durch den Katalysator strömt, bevor es in den Rauchgasführungskanal gelangt. Der Katalysator ist folglich innerhalb der Rauchgasführung angeordnet. According to a preferred embodiment of the invention, the catalyst is arranged at a transition of the lower chamber in the flue gas guide channel. The catalyst extends advantageously over the entire flow cross section of the transition, so that the flue gas emerging from the afterburner chamber flows completely through the catalyst before it enters the flue gas guide channel. The catalyst is thus arranged inside the flue gas duct.

Der Katalysator ist bevorzugt quaderförmig ausgebildet und weist eine rechteckige Grundfläche sowie eine konstante Höhe über der Grundfläche auf. The catalyst is preferably cuboid and has a rectangular base and a constant height above the base.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die untere Kammer im Bereich der Anordnung des Katalysators eine Haltevorrichtung auf, in welcher der Katalysator gehaltert angeordnet ist. Der Katalysator ist dabei von außen seitlich in die untere Kammer einschiebbar und innerhalb der Haltevorrichtung fixierbar. Der Katalysator ist vorteilhaft von beiden Seiten der Verbrennungsvorrichtung zugänglich und somit beiderseits in die Verbrennungsvorrichtung verbringbar. According to a development of the invention, the lower chamber in the region of the arrangement of the catalyst on a holding device, in which the catalyst is arranged supported. The catalyst is inserted laterally from the outside into the lower chamber and can be fixed within the holding device. The catalyst is advantageously accessible from both sides of the combustion device and thus can be brought into the combustion device on both sides.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Rauchgasführungskanal derart angeordnet, dass das aus der unteren Kammer nach der katalytischen Verbrennung austretende Rauchgas nach oben strömt sowie außen an der oberen Kammer vorbei zur Rauchgasführung und aus der Verbrennungsvorrichtung abgeleitet wird. According to a further embodiment of the invention, the flue gas duct is arranged such that the emerging from the lower chamber after the catalytic combustion flue gas flows upwards and is discharged outside the upper chamber to the flue gas duct and from the combustion device.

Der Zuluftführungskanal ist bevorzugt derart angeordnet, dass die durch die im oberen Bereich der Verbrennungsvorrichtung angeordnete Zuluftführung in die Verbrennungsvorrichtung eingeleitete Zuluft im Gegenstrom zu den abzuleitenden Rauchgasen strömt und vorgewärmt wird. Dabei wird vorteilhaft Wärme von den Rauchgasen mit höherer Temperatur an die Zuluft mit geringerer Temperatur übertragen. Die durch den Rauchgasführungskanal geleiteten Rauchgase strömen in entgegengesetzter Richtung zur durch den Zuluftführungskanal geleiteten Zuluft. The supply air duct is preferably arranged such that the supply air introduced into the combustion device through the supply air duct arranged in the upper region of the combustion device flows in countercurrent to the flue gases to be discharged and is preheated. Heat is advantageously transferred from the flue gases at a higher temperature to the supply air at a lower temperature. The guided through the flue gas duct flue gases flow in the opposite direction to the supply air duct guided by the supply air.

Von Vorteil ist, dass ein Abschnitt des Zuluftführungskanals unterhalb des Brennraumes angeordnet ist, sodass die Zuluft unterhalb des Brennraumes von einer Rückseite zu einer Vorderseite der Verbrennungsvorrichtung leitbar ist. An der Vorderseite strömt die vorgewärmte Zuluft zur weiteren Wärmeaufnahme über die Oberfläche eines in der unteren Kammer angeordneten Schamottesteins, bevor die Zuluft anschließend oberhalb des Feuerrostes in die obere Kammer einleitbar ist. It is advantageous that a portion of the supply air duct is arranged below the combustion chamber, so that the supply air below the combustion chamber can be conducted from a rear side to a front side of the combustion device. At the front, the preheated supply air flows for further heat absorption over the surface of a fireclay brick arranged in the lower chamber, before the supply air can then be introduced into the upper chamber above the fire grate.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in einem durch die Rauchgasführung geleiteten Abgasstrom ein als Saugzuggebläse ausgebildetes Gebläse angeordnet. Nach einer alternativen Ausgestaltung ist ein als Druckgebläse ausgebildetes Gebläse innerhalb der Zuluftführung angeordnet. Das vorteilhaft zur modulierenden Leistungsanpassung drehzahlgeregelt ausgebildete Gebläse fördert die Zuluft durch die Zuluftführung und den Zuluftführungskanal in die obere Kammer, die Verbrennungsgase durch den Brennraum und die Rauchgase aus der unteren Kammer durch den Rauchgasführungskanal und die Rauchgasführung aus der Verbrennungsvorrichtung. According to a further embodiment of the invention, a blower designed as an induced draft fan is arranged in an exhaust gas stream guided through the flue gas duct. According to an alternative embodiment, a fan designed as a pressure fan is arranged inside the supply air guide. The advantageous for modulating power adjustment speed-controlled blower promotes the supply air through the supply air duct and the Zuluftführungskanal in the upper chamber, the combustion gases through the combustion chamber and the flue gases from the lower chamber through the flue gas duct and the flue gas duct from the combustion device.

Als weitere Ausgestaltung der Erfindung ist in einem oberen Bereich des Brennraumes ein Bypass mit einer Bypassklappe ausgebildet. Der Bypass ist dabei durch Öffnen der Bypassklappe freigebbar, sodass nach oben strömendes Gas aus dem Brennraum ableitbar ist. As a further embodiment of the invention is in an upper region of the combustion chamber, a bypass formed with a bypass flap. The bypass can be opened by opening the bypass flap, so that upward flowing gas can be diverted from the combustion chamber.

Die Bypassklappe weist bevorzugt die Form einer ebenen Platte auf und ist um eine Drehachse drehbeweglich gelagert. Die Bypassklappe ist dabei vorteilhaft in einem vorgegebenen Bereich zwischen zwei Endpositionen stufenlos beweglich. Der Bypass wird insbesondere während des Anheizvorgangs geöffnet, sodass die Verbrennungsgase beziehungsweise die Rauchgasströmung nicht durch den Katalysator strömen oder die Strömung der Gase durch den Katalysator minimiert wird. Im Gegensatz dazu wird der Bypass im Heizbetrieb geschlossen, sodass die Gase vollständig durch den Katalysator hindurch strömen. The bypass flap preferably has the shape of a flat plate and is rotatably mounted about an axis of rotation. The bypass flap is advantageously infinitely variable in a predetermined range between two end positions. In particular, the bypass is opened during the Anheizvorgangs so that the combustion gases or the flue gas flow does not flow through the catalyst or the flow of gases through the catalyst is minimized. In contrast, the bypass is closed in heating mode, so that the gases flow completely through the catalyst.

Weitere Vorteile der Verbrennungsvorrichtung gegenüber dem Stand der Technik lassen sich folgendermaßen zusammenfassen:

– Bereitstellen einer vierten Verbrennungsstufe durch eine integrierte Katalysatortechnologie und dadurch weitere Vermindung der Schadstoffemission, wobei die katalytische Verbrennung einen optimalen Verbrennungsvorgang sichert und die Reduzierung der erforderlichen Abgasnormen und Staubnormen garantiert sowie zusätzliche Wärme freigesetzt wird,
– beiderseitiger Zugang zum Katalysator zur einfachen Wartung sowie zum einfachen Austauschen des Katalysators,
– Betreiben des Katalysators bei optimalen Temperaturen,
– optimierte Luftführung innerhalb der Verbrennungsvorrichtung sowie
– kostengünstigere Technologie im Vergleich zu Heizkesseln mit Lambdasonde in Bezug auf Herstellung und Wartung.

Further advantages of the combustion device over the prior art can be summarized as follows:

Providing a fourth stage of combustion through integrated catalyst technology and thereby further reducing pollutant emissions, the catalytic combustion ensuring optimum combustion and guaranteeing the reduction of required emission standards and dust standards as well as releasing additional heat,
- mutual access to the catalyst for easy maintenance and replacement of the catalyst,
Operating the catalyst at optimum temperatures,
- Optimized air flow within the combustion device as well
- Less expensive technology compared to lambda probe boilers in terms of manufacturing and maintenance.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen die Verbrennungsvorrichtung: Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description of an embodiment with reference to the accompanying drawings. The combustion device is shown:

1: mit geöffneter Vorderseite in perspektivischer Schnittdarstellung sowie 1 with open front in a perspective sectional view as well

2: in seitlicher Schnittdarstellung. 2 : in lateral sectional view.

In den 1 und 2 ist eine Verbrennungsvorrichtung 1 in Form eines Holzvergaserkessels mit geöffneter Vorderseite in perspektivischer Schnittdarstellung sowie in seitlicher Schnittdarstellung gezeigt. Die Verbrennungsvorrichtung 1 wird durch eine geöffnete Beschickungstür 4 mit Holz als einem festen Brennstoff beschickt. Der Bereich der Verbrennungsvorrichtung 1, welcher durch die Beschickungstür 4 zur Umwelt abgeschlossen wird oder mit der Umwelt in Verbindung steht, wird als Beschickungsbereich 3 bezeichnet. Durch den Beschickungsbereich 3 hindurch gelangt das Holz in die sich an den Beschickungsbereich 3 anschließenden Brennraum 2, welche auf der Unterseite durch ein Feuerrost 5 begrenzt ist. Der Feuerrost 5, welcher auch als Brennerplatte oder Gitterrost bezeichnet wird, teilt den Brennraum 2 in eine obere Kammer 8 und eine untere Kammer 9. In the 1 and 2 is a combustion device 1 in the form of a wood gasification boiler with open front in a perspective sectional view and shown in side sectional view. The combustion device 1 gets through an opened loading door 4 loaded with wood as a solid fuel. The area of the combustion device 1 passing through the loading door 4 to the environment or is related to the environment, is considered as a loading area 3 designated. Through the loading area 3 Through the wood passes into the at the loading area 3 subsequent combustion chamber 2 which is on the bottom by a fire grate 5 is limited. The fire grate 5 , which is also referred to as burner plate or grate, shares the combustion chamber 2 in an upper chamber 8th and a lower chamber 9 ,

Bei dem sogenannten Festbettvergaser, als ein Typ aus einer Reihe von unterschiedlichen technischen Holzvergasern, liegt das chargenweise zugeführte Holz auf dem Feuerrost 5 auf und wird mit sauerstoffreicher Zuluft, auch als Frischluft bezeichnet, versorgt. Die Zuluft wird folglich der oberen Kammer 8 zugeführt und strömt durch das verbrennende Holz. Die auf dem Feuerrost 5 aufliegenden Holzschichten verbrennen dabei nur teilweise und verschwelen durch die im Betrieb entstehende Verbrennungswärme kontinuierlich zu Gas. Innerhalb dieser ersten Stufe der Holzverbrennung, welche einer Vorverbrennung entspricht, wird das Holz somit verbrannt und vergast. Der Bereich der Vorverbrennung VV ist oberhalb des Feuerrostes 5 und damit in der oberen Kammer 8 angeordnet, in welchem auch die leichten Bestandteile des Gases bereits vorverbrannt werden. In the so-called fixed bed gasifier, as a type from a number of different technical wood gasifiers, the batch supplied wood is on the grate 5 on and is supplied with oxygen-rich supply air, also referred to as fresh air. The supply air is thus the upper chamber 8th fed and flows through the burning wood. The ones on the grate 5 lying wood layers burn only partially and blaze by the heat of combustion produced during operation continuously to gas. Within this first stage of wood combustion, which corresponds to pre-combustion, the wood is thus burned and gasified. The pre-combustion VV area is above the fire grate 5 and thus in the upper chamber 8th arranged in which also the light components of the gas are already pre-combusted.

Der Feuerrost 5 weist eine sich von der Oberfläche des Feuerrostes 5 nach unten erstreckende Ausformung 6 mit seitlichen Öffnungen 7 auf. Beim Durchströmen der auf dem Feuerrost 5 liegenden glühenden Holzkohle, der Ausformung 6 und der Öffnungen 7 als Bereich der Hauptverbrennung HV werden die bei der Vorverbrennung entstehenden Verbrennungsgase mit noch unverbrannten Gasbestandteilen verbrannt. Das Verbrennen der Verbrennungsgase mit noch unverbrannten Gasbestandteilen wird auch als zweite Stufe der Holzverbrennung bezeichnet. The fire grate 5 points one from the surface of the grate 5 downwardly extending shape 6 with side openings 7 on. When flowing through the grate 5 lying glowing charcoal, the shaping 6 and the openings 7 As the area of the main combustion HV, the combustion gases produced during the precombustion are burned with still unburned gas constituents. The combustion of the combustion gases with still unburned gas components is also referred to as the second stage of wood combustion.

Ein hitzefestes Saugzuggebläse im Abgasstrom, welcher durch die Rauchgasführung 10 geleitet wird, oder ein innerhalb der Zuluftführung 13 angeordnetes Druckgebläse fördert die Verbrennungsgase in die untere Kammer 9 und weiter durch den Rauchgasführungskanal 11 zur Rauchgasführung 10. Das Gebläse ist zur modulierenden Leistungsanpassung vorteilhaft drehzahlgeregelt ausgebildet. A heat-resistant induced draft fan in the exhaust gas flow, which through the flue gas duct 10 or within the supply air duct 13 arranged pressure fan promotes the combustion gases in the lower chamber 9 and continue through the flue gas duct 11 for flue gas guidance 10 , The blower is advantageously speed-controlled for modulating power adjustment.

Das Holz als Brennstoff und die Verbrennungsgase strömen von oben nach unten und somit in Richtung der Schwerkraft durch die Verbrennungsvorrichtung 1. Damit ist die vorliegende Verbrennungsvorrichtung 1 als Gleichstrom-Holzvergaser ausgebildet. Das Holz gelangt von oben durch die Beschickungstür 4 und den Beschickungsbereich 3 auf den Feuerrost 5 im Brennraum 2. Das Verbrennungsgas strömt aus dem oberhalb des Feuerrostes 5 befindlichen Bereich der Vorverbrennung VV durch den Feuerrost 5 und den Bereich der Hauptverbrennung HV nach unten in die untere Kammer 9 und damit den Bereich der Nachverbrennung NV. Das Holz beziehungsweise der Brennstoff und die Gase folgen jeweils der Richtung der Schwerkraft von oben nach unten. The wood as fuel and the combustion gases flow from top to bottom and thus in the direction of gravity through the combustion device 1 , Thus, the present combustion device is 1 designed as a DC wood gasifier. The wood passes through the loading door from above 4 and the loading area 3 on the grate 5 in the combustion chamber 2 , The Combustion gas flows out of the above the grate 5 area of pre-combustion VV through the grate 5 and the area of main combustion HV down into the lower chamber 9 and thus the area of afterburning NV. The wood or the fuel and the gases follow the direction of gravity from top to bottom.

In der unteren Kammer 9 des Brennraumes 2 werden die schwer brennbaren Anteile der Verbrennungsgase bei hohen Temperaturen zwischen 1.000 °C und 1.100 °C nachverbrannt. Die untere Kammer 9, auch als Nachverbrennungskammer bezeichnet, stellt somit den Bereich der Nachverbrennung NV dar. Die Nachverbrennung entspricht damit der dritten Stufe der Holzverbrennung. In the lower chamber 9 of the combustion chamber 2 the heavy flammable fractions of the combustion gases are post-combusted at high temperatures between 1,000 ° C and 1,100 ° C. The lower chamber 9 , also called Nachverbrennungskammer, thus represents the field of post-combustion NV. The post-combustion thus corresponds to the third stage of wood combustion.

Das Rauchgas wird vor dem Austritt aus der unteren Kammer 9 einem Bereich der katalytischen Verbrennung KV als zusätzlicher vierter Stufe der Holzverbrennung zugeführt. Das Rauchgas wird dabei beim Durchströmen eines Katalysators 16 weiterverbrannt. Infolge der drei vorgeschalteten Stufen der Holzverbrennung – der Vorverbrennung, der Hauptverbrennung und der Nachverbrennung innerhalb der Verbrennungsvorrichtung 1 – erreicht der Katalysator 16 bei Inbetriebnahme in sehr kurzer Zeit die notwendige Betriebstemperatur von mindestens 200 °C bevor die Rauchgase aus der Nachverbrennung zum Katalysator 16 geführt werden. The flue gas is released before exiting the lower chamber 9 a range of catalytic combustion KV supplied as an additional fourth stage of wood combustion. The flue gas is thereby flowing through a catalyst 16 further combusted. As a result of three upstream stages of wood combustion - precombustion, the main combustion and afterburning within the combustion device 1 - the catalyst reaches 16 when commissioning in a very short time, the necessary operating temperature of at least 200 ° C before the flue gases from the post-combustion to the catalyst 16 be guided.

Während des Betriebes treffen die Rauchgase als Abgase der voranstehenden drei Stufen der Holzverbrennung auf die glühende Oberfläche des Katalysators 16, wobei sich Kohlenmonoxid mit Sauerstoff verbindet und das Rauchgas entzündet wird. Dabei werden im Katalysator 16 Temperaturen bis zu 500 °C erreicht, sodass der im Abgas enthaltene Staub nahezu vollständig verbrennt. Bei der ablaufenden chemischen Reaktion entstehen Wasserdampf und Kohlendioxid als Endprodukte. Anschließend wird das entstehende Abgas aus der unteren Kammer 9 in den Rauchgasführungskanal 11 abgeleitet. During operation, the flue gases, as exhaust gases from the above three stages of wood combustion, strike the glowing surface of the catalyst 16 , where carbon monoxide combines with oxygen and the flue gas is ignited. It will be in the catalyst 16 Temperatures reached up to 500 ° C, so that the dust contained in the exhaust almost completely burns. In the course of the ongoing chemical reaction, water vapor and carbon dioxide are produced as end products. Subsequently, the resulting exhaust gas from the lower chamber 9 in the flue gas duct 11 derived.

Der Katalysator 16 erstreckt sich über den gesamten Strömungsquerschnitt der Rauchgasführung und ist in seiner äußeren Form als Quader, das heißt mit einer rechteckigen Grundfläche und über der Grundfläche konstanter Höhe, ausgebildet. Das Rauchgas strömt damit vollständig durch den Kondensator 16. Die untere Kammer 9 ist im Bereich der Anordnung des Katalysators 16 mit einer Haltevorrichtung ausgebildet, in welcher der Katalysator 16 gehaltert angeordnet ist. The catalyst 16 extends over the entire flow cross-section of the flue gas duct and is formed in its outer shape as a cuboid, that is, with a rectangular base and over the base surface of constant height. The flue gas thus flows completely through the condenser 16 , The lower chamber 9 is in the range of the arrangement of the catalyst 16 formed with a holding device, in which the catalyst 16 is arranged stably.

Der Katalysator 16 wird zur Montage von außen seitlich in die untere Kammer 9 eingeschoben und innerhalb der Haltevorrichtung fixiert. Der Katalysator 16 ist zum Austauschen oder Reinigen ohne aufwändige Hilfsmittel von der Haltevorrichtung lösbar und aus der Verbrennungsvorrichtung 1 entnehmbar. Auch die Montage des Katalysators 16 ist sehr einfach, wenig zeitintensiv und ohne aufwändige Hilfsmittel möglich. The catalyst 16 is for mounting from the outside laterally in the lower chamber 9 inserted and fixed within the fixture. The catalyst 16 is removable for replacement or cleaning without expensive tools from the holding device and from the combustion device 1 removable. Also the assembly of the catalyst 16 is very simple, less time-consuming and possible without complex tools.

Die im unteren Bereich aus der unteren Kammer 9 austretenden Abgase werden innerhalb des Rauchgasführungskanals 11 außen an der oberen Kammer 8 vorbei durch die Rauchgasführung 10 aus der Verbrennungsvorrichtung 1 abgeleitet. Zur Steigerung der Effizienz der Verbrennung wird die durch die Zuluftführung 13 in die Verbrennungsvorrichtung 1 eingeleitete Zuluft im Gegenstrom zu den abzuleitenden Rauchgasen vorgewärmt. Dabei strömen die durch den Rauchgasführungskanal 11 geleiteten Rauchgase in entgegengesetzter Richtung zur durch den Zuluftführungskanal 14 geleiteten Zuluft. Infolge des Temperaturunterschiedes zwischen den warmen Rauchgasen und der kälteren Zuluft wird die Wärme vom Rauchgasstrom an den Zuluftstrom übertragen. Die Zuluft wird durch die im oberen Bereich der Verbrennungsvorrichtung 1 angeordnete Zuluftführung 13 eingeleitet, wird im Gegenstrom zum Rauchgas nach unten und unter dem Brennraum 2 entlang zur Vorderseite der Verbrennungsvorrichtung 1 geführt. Anschließend strömt die Zuluft unter weiterer Wärmeaufnahme an der Oberfläche eines in der unteren Kammer 9 angeordneten Schamottesteins 15 entlang und wird oberhalb des Feuerrostes 5 in die obere Kammer 8 eingeleitet. The lower part of the lower chamber 9 exiting exhaust gases are within the flue gas duct 11 outside at the upper chamber 8th past the flue gas duct 10 from the combustion device 1 derived. To increase the efficiency of the combustion is through the supply air 13 into the combustion device 1 introduced supply air preheated in countercurrent to the derived flue gases. They flow through the flue gas duct 11 directed flue gases in the opposite direction to the supply air duct 14 guided supply air. Due to the difference in temperature between the warm flue gases and the colder supply air, the heat is transferred from the flue gas stream to the supply air stream. The supply air is through the at the top of the combustion device 1 arranged supply air guide 13 introduced, is in countercurrent to the flue gas down and under the combustion chamber 2 along the front of the combustion device 1 guided. Subsequently, the supply air flows with further heat absorption on the surface of a in the lower chamber 9 arranged firebrick 15 along and above the grate 5 in the upper chamber 8th initiated.

Im oberen Bereich des Brennraumes 2 ist ein Bypass mit einer Bypassklappe 12 angeordnet. Durch Öffnen der Bypassklappe 12 wird der Bypass freigegeben, sodass nach oben strömendes Rauchgas aus dem Brennraum 2 abgeleitet werden kann. In the upper area of the combustion chamber 2 is a bypass with a bypass flap 12 arranged. By opening the bypass flap 12 the bypass is released so that upwardly flowing flue gas from the combustion chamber 2 can be derived.

Die Bypassklappe 12, welche die Form einer ebenen Platte aufweist, ist drehbeweglich ausgebildet. Die Drehachse ist horizontal ausgerichtet und am oberen Ende der Bypassklappe 12 angeordnet. Die Bypassklappe 12 ist in einem vorgegebenen Bereich um die Drehachse zwischen zwei Endpositionen stufenlos beweglich. Der Bypass wird dabei abhängig von der Rauchgastemperatur manuell oder motorisch geschlossen oder geöffnet, wobei die Steuerung von Schließen und Öffnen mittels der Bypassklappe 12 realisiert wird. The bypass flap 12 , which has the shape of a flat plate, is rotatably formed. The axis of rotation is horizontal and at the top of the bypass damper 12 arranged. The bypass flap 12 is infinitely variable in a predetermined range about the axis of rotation between two end positions. The bypass is thereby closed or opened manually or by motor depending on the flue gas temperature, the control of closing and opening by means of the bypass flap 12 is realized.

Innerhalb der ersten Endposition, der Betriebsstellung, ist die Bypassklappe 12 derart ausgerichtet, dass der Bypass geschlossen ist. Die Bypassklappe 12 liegt an einem Anschlag an, welcher ein Wiederlager für eine feste Positionierung der Bypassklappe 12 bereitgestellt. Durch eine Drehbewegung um die Drehachse ist die Bypassklappe 12 in die zweite Endposition, die Bypassstellung, überführbar. Der Bypass ist geöffnet, sodass das Rauchgas aus dem Brennraum 2 durch den Bypass zur Rauchgasführung 10 und aus der Verbrennungsvorrichtung 1 abgeleitet wird. Die untere Kammer 9 sowie der Katalysator 16 werden nicht oder nur mit sehr wenig Rauchgas beaufschlagt. Insbesondere während des Anheizvorganges wird die Bypassklappe 12 derart ausgerichtet, dass der Bypass um den Katalysator 16 geöffnet ist und die Rauchgasströmung durch den Katalysator 16 verhindert wird. Die Bypassklappe 12 befindet sich in der Bypassstellung. Da beim Anheizvorgang die Temperaturen des Rauchgases noch nicht bis in den optimalen Betriebsbereich des Katalysators 16 angestiegen sind, würde das kalte Rauchgas beim Durchströmen zur Funktionsminderung des Katalysators 16 führen. Bei ausreichend hoher Temperatur des Rauchgasstromes, das heißt bei Temperaturen oberhalb von 200 °C wird die Bypassklappe 12 in die Betriebsstellung verbracht. Dabei wird der Bypass geschlossen und das gesamte Rauchgas strömt durch den nunmehr zudem vorgewärmten Katalysator 16. Within the first end position, the operating position, is the bypass flap 12 aligned so that the bypass is closed. The bypass flap 12 abuts against a stop, which is a repository for a fixed positioning of the bypass flap 12 provided. By a rotation about the axis of rotation is the bypass flap 12 in the second end position, the bypass position, convertible. The bypass is open, so the flue gas from the combustion chamber 2 through the bypass to the flue gas duct 10 and from the combustion device 1 is derived. The lower chamber 9 and the catalyst 16 are not or only with very little flue gas applied. In particular, during the Anheizvorganges the bypass flap 12 aligned so that the bypass around the catalyst 16 is open and the flue gas flow through the catalyst 16 is prevented. The bypass flap 12 is in the bypass position. Since during the Anheizvorgang the temperatures of the flue gas not yet in the optimal operating range of the catalyst 16 have risen, the cold flue gas would flow through the function of the catalyst 16 to lead. At a sufficiently high temperature of the flue gas stream, that is at temperatures above 200 ° C, the bypass flap 12 spent in the operating position. The bypass is closed and the entire flue gas flows through the now also preheated catalyst 16 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Verbrennungsvorrichtung incinerator
2 2: Brennraum combustion chamber
3 3: Beschickungsbereich, Füllbereich Loading area, filling area
4 4: Beschickungstür loading door
5 5: Feuerrost grate
6 6: Ausformung formation
7 7: Öffnungen openings
8 8th: obere Kammer upper chamber
9 9: untere Kammer lower chamber
10 10: Rauchgasführung Exhaust gas line
11 11: Rauchgasführungskanal Flue gas duct
12 12: Bypassklappe bypass damper
13 13: Zuluftführung supply air
14 14: Zuluftführungskanal Zuluftführungskanal
15 15: Schamottestein Firebrick
16 16: Katalysator catalyst
VV VV: Bereich der Vorverbrennung Area of pre-combustion
HV HV: Bereich der Hauptverbrennung Area of the main combustion
NV NV: Bereich der Nachverbrennung Area of afterburning
KV KV: Bereich der katalytischen Verbrennung Range of catalytic combustion

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102010041909 A1 [0007]
DE 102009038242 A1 [0008]

Claims

Combustion device ( 1 ) for combustion of solid fuel, comprising a combustion chamber ( 2 ) with a loading area ( 3 ), a fire grate ( 5 ), a flue gas duct ( 10 ) with a flue gas duct ( 11 ) as well as a supply air duct ( 13 ) with an air supply duct ( 14 ), whereby the fire grate ( 5 ) the combustion chamber ( 2 ) in an upper chamber ( 8th ) and a lower chamber ( 9 ) and a downwardly extending from a top ( 6 ) with lateral openings ( 7 ), wherein - the upper chamber ( 9 ) as the area of a precombustion (VV) for burning and gasifying the solid fuel and for burning light gas components, - the shaping ( 6 ) with the lateral openings ( 7 ) as the area of a main combustion (HV) for burning combustion gases with unburned gas components and - the lower chamber ( 9 ) are formed with an afterburner chamber as the area of afterburning (NV) for combusting hardly combustible gas fractions, characterized in that inside the lower chamber ( 9 ) in the flow direction of the gas of the afterburner chamber, a catalyst (hereinafter 16 ), so that the lower chamber ( 9 ) has a range of catalytic combustion (KV), wherein the gas emerging from the post-combustion chamber as it flows through the catalyst ( 16 ) is burned further.

Combustion device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the catalyst ( 16 ) at a transition of the lower chamber ( 9 ) in the flue gas duct ( 11 ) is arranged and extends over the entire flow cross-section of the transition, so that the flue gas completely through the catalyst ( 16 ) flows.

Combustion device ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the catalyst ( 16 ) is cuboid and has a rectangular base and a constant height above the base.

Combustion device ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the lower chamber ( 9 ) in the region of the arrangement of the catalyst ( 16 ) has a holding device in which the catalyst ( 16 ) is arranged, wherein the catalyst ( 16 ) from the outside laterally into the lower chamber ( 9 ) can be inserted and fixed within the holding device.

Combustion device ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the flue gas duct ( 11 ) is arranged in such a way that from the lower chamber ( 9 ) exiting flue gas upwards, outside at the upper chamber ( 8th ) over to the flue gas duct ( 10 ) and from the combustion device ( 1 ).

Combustion device ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the supply air duct ( 14 ) arranged in the upper region of the combustion device ( 1 ) arranged supply air guide ( 13 ) into the combustion device ( 1 ) preheated supply air in countercurrent to the derived flue gases, whereby the through the flue gas duct ( 11 ) guided flue gases in the opposite direction to the supply air duct ( 14 ) led supply air flow.

Combustion device ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that a portion of the supply air duct ( 14 ) below the combustion chamber ( 2 ) is arranged so that the supply air below the combustion chamber ( 2 ) to a front side of the combustion device ( 1 ) and for heat absorption over the surface of one in the lower chamber ( 9 ) arranged firebrick ( 15 ), wherein the supply air then above the fire grate ( 5 ) into the upper chamber ( 8th ) can be introduced.

Combustion device ( 1 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that a fan as an induced draft fan in a through the flue gas duct ( 10 ) or as a pressure blower within the supply air duct ( 13 ), which - supply air through the supply air guide ( 13 ) and the supply air duct ( 14 ) into the upper chamber ( 8th ), - combustion gases through the combustion chamber ( 2 ) and - flue gases from the lower chamber ( 9 ) through the flue gas duct ( 11 ) and the flue gas duct ( 10 ) from the combustion device ( 1 ) promotes.

Combustion device ( 1 ) according to claim 8, characterized in that the blower is designed for modulating power adjustment speed controlled.

Combustion device ( 1 ) according to one of claims 1 to 9, characterized in that in an upper region of the combustion chamber ( 2 ) a bypass with a bypass flap ( 12 ), wherein by opening the bypass flap ( 12 ) the bypass is releasable and upwardly flowing gas from the combustion chamber ( 2 ) is derivable.

Combustion device ( 1 ) according to claim 10, characterized in that the bypass flap ( 12 ) has the shape of a flat plate and is rotatably mounted about a rotational axis, wherein the Bypass flap ( 12 ) is continuously movable in a predetermined range between two end positions.