DE3126419C2 - Feuerungsanlage für Stroh oder ähnliches Material - Google Patents

Abstract

Bei einer Feuerungsanlage für Stroh oder ähnliches Material wird ein Brennstoffstrang (43) aus komprimiertem Kurzstroh in eine zylindrische Brennkammer (18) eingeschoben und verbrannt. Die Brennkammer (18) weist zur gezielten Verbrennungsluftzufuhr drei verschiedene Düsensätze auf: a) zwei Erstdüsen (35) sind nahe der Brennstoffeintrittsöffnung (30) im Brennkammermantel angebracht. Diese fachen die Brennstoffstrangstirnseite intensiv an; b) im mittleren Brennkammerbereich erfolgt die Luftzufuhr durch einen Satz Zweitdüsen (38), die im Brennkammerboden (20) beidseits der vertikalen Mittelachsebene angeordnet sind. Die Luft strömt von unten durch das Glutbett (44) und bildet über diesem zwei kräftige Drallströmungen, welche eine gute Vermischung der flüchtigen Bestandteile mit Verbrennungsluft und damit eine intensive Verbrennung bewirken; c) in der Decke (21) des ausgangsseitigen Brennkammerbereiches ist ein radial nach unten gerichteter Satz Drittdüsen (41) zur Restgasverbrennung angeordnet. Zusätzlich verkleinert sich der Brennkammerquerschnitt in Brennstoffschubrichtung (22), welches die Wirbelbildung unterstützt und die im oberen Bereich der Brennkammer besonders heißen Brenngase auf das mit fortschreitender Verbrennung absinkende Glutbett zwingt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Feuerungsanlage für Stroh oder ähnliches Material mit einer in einen Heizungskessel hineinragenden, rohrförmigen Brennkammer, deren Brennkammerboden etwa horizontal verläuft, in welche ein Brennstoffstrang durch einen Zuführkanal von außen in axialer Richtung eingeschoben und welcher Verbrennungsluft aus einem die Brennkammer umhüllenden Ringraum durch längs der Brennkammer angeordnete Luftzuführöffnungen in der Brennkammerwand zugeführt wird.

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise durch die ältere, aber nicht vorveröffentlichte DE-OS 3016531 bekannt Dort wird der zu verbrennende Brennstoffstrang nicht unmittelbar auf dem Brennkammerboden transportiert sondern auf stabförmigen Führungselementen, die sich an den Zuführkanal anschließen, so daß zwischen dem Brennstoffstrang und der diesen umhüllenden Brennkammer auf dem ganzen Umfang ein Hohlraum gebildet wird. Die Verbrennungsluft wird in diesen Hohlraum einerseits aus einem den Zuführkanal umschließenden Luftvorwärmkasten parallel zur und in Brennstoffschubrichtung eingeblasen und andererseits strömt sie durch im Brennkammerboden angeordnete Luftzuführöffnungen von unten den Brennstoffstrangan.

Die Praxis hat gezeigt, daß sich bei einer derartigen Vorrichtung die derzeitigen Emissionsgrenzwerte für Staub von 300 mg/Nm³ der Abgase nicht erzielen lassen. Mit fortschreitender Verbrennung des Brennstoffstranges auf den Führungselementen fallen nämlich die Ascheteilchen durch die Freiräume zwischen den Führungselementen nach unten, werden von der Luftbewegung mitgerissen und verteilen sich im Rauchgas. Die bei etwa 300° C freigesetzten und bei etwa 700° C entzündbaren, flüchtigen Bestandteile des Strohstranges, in denen etwa 70% des Gesamtheizwertes enthalten sind, lassen sich aufgrund schlechter Vermischung mit der Verbrennungsluft und zu geringem Temperaturniveau nur unvollständig verbrennen. Zur möglichst vollständigen Verbrennung bedingt eine derartige Anordnung hohe Luftgeschwindigkeiten, die dann aber erhöhte Flugascheteile im Abgas erzeugen würden. Wegen der fehlenden Kühlung der Führungselemente setzen sich Ascheteile daran fest, wodurch das Glutbett während des Vorschiebens des Brennstoffstranges zerstört wird, und weitere Ascheteilchen in das Abgas treten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Berücksichtigung der besonderen verbrennunestechni-

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sehen Eigenschaften von Stroh eine Brennkammer so sentlichen nur von oben nach unten abbrennt, aber nicht

auszubilden, daß möglichst frühzeitig nach der seitlich. Dadurch werden seitliche Stauchungen des

Zündphase eine intensive, weitgehend vollständige Ver- Glutbettes und damit ein Aufbrechen der oberen porö-

brennung angefacht und mit hoher Verbrennungsge- sen Schlackekruste vermieden.

schwindigkeit aufrechterhalten wird, um den Energiein- 5 Eine zusätzliche Vervollkommnung der Verbrennung halt des Brennstoffes bei raucharmem Abgas optimal wird dadurch erzielt, daß in der Decke des ausgangsseiauszunutzen, wobei ein Flammenbild ähnlich dem von tigen Brennkammerbereiches über den ob.eren Deckengut eingestellten ölfeuerungen erzeugt werden solL umfang verteilte, nach unten gerichtete Düsen Zufuhr

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, von Luft zur Restgasverbrennung angeordnet sind, daß die Luftzuführöffnungen derart angeordnet und 10 In vorteilhafter Weise sind zwei entgegen der Brennausgebildet sind, daß die durch sie eintretende Verbren- Stoffschubrichtung auf die Brennstoffeintrittsöffnung nungsluft im freien Raum über dem unmittelbar auf dem gerichtete Düsen rechts und links in der Brennkammer-Brennkammerboden liegenden Glutbett in der Brenn- wandung in Höhe der Brennkammermittelachse in der kammeratmosphäre zwei mit entgegengesetzter Dreh- Nähe des Brennkammereintritts angeordnet, welche richtung spiralförmig zum Brennkammerausgang ver- 15 den Brennstoffstrang beim Eintritt in die Brennkammer laufende Wirbelströmungen hervorruft stirnseitig mit Verbrennungsluft beaufschlagen. Diese Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine Düsen versorgen die Strangstirnseite intensiv mit Sauturbulente Wirbelströmung eine schnelle und intensive erstoff, so daß das sich lockernde Stroh schnell ange-Verwirbelung und Vermischung der oberhalb des Glut- facht und vom Beginn des Verbrennungsvorganges an bettes besonders heißen Verbrennungsluft mit den vom 20 hohe Verbrennungstemperaturen erzielt werden, was Glutbett aufsteigenden brennbaren Schwelgasen er- eine schnelle Vergasung des kontinuierlich zugeführten zeugt Dadurch werden die beiden wichtigen Vorausset- Strohs ermöglicht und eine frühzeitige, vollkommene zungen für gute Verbrennung der Schwelgase, nämlich Verbrennung der vergasten Anteile begünstigt gute Durchmischung und hohe Verbrennungstempera- Eine günstige Ausgestaltung des Erfindungsgegentur geschaffen. Das unmittelbar auf dem Brennkammer- 25 Standes liegt vor, wenn die Brennkammer als doppelboden gleitende Glutbett wird von unten angeströmt wandiger und zwischen den Wandungen von Verbren- und teilweise durchströmt, wodurch eine sichere Luftzu- nungsluft durchströmbarer Hohlkegelstumpf ausgebilführung auf direktem Wege gewährleistet ist. Zusätzlich det ist, dessen von den Wandungen gebildeter Ringraum streichen die Wirbelströmungen mit hoher Relativge- am Brennkammerausgang stirnseitig geschlossen ist, schwindigkeit über das Glutbett und steigern damit des- 30 und wenn die Zuführung der Verbrennungsluft in den sen Verbrennungstemperatur und Verbrennungsge- Ringraum über einen den Eintrittsbereich der Brennschwindigkeit, so daß ein an der Oberfläche schlacken- kammer umhüllenden Luftvorwärmkasten erfolgt, welartig verkrustetes, poröses Glutbett entsteht, welches eher durch Umfangsvergrößerung der äußeren Wandie Flugascheteilchen festhält und nicht ins Abgas treten dung des Ringraumes gebildet wird. Die den Ringraum läßt. Die Luftströmung durch den Brennkammerboden 35 durchströmende Luft erwärmt sich an den Wandungen kühlt diesen und hält ihn auf einem abgesenkten Tempe- und fördert eine schnelle und sichere Zündung und Verraturniveau, wodurch das Ansetzen von Asche vermie- brennung, wodurch der Wirkungsgrad verbessert wird, den wird. Wie die Praxis zeigt, ergibt die erfindungsge- Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt auch mäße Ausgestaltung eine ölbrennerähnliche Flamme nach einer längeren Unterbrechung der Verbrennung und ein an der Oberfläche verkrustetes Aschebett mit 40 kurze Anfahrphasen und schafft schnell die für eine vollnierenförmigem Querschnitt und grauer Farbe. Die Be- kommene Verbrennung, insbesondere der flüchtigen standteile der Abgase liegen während aller Verbren- Bestandteile, notwendige heiße Atmosphäre. Hierdurch nungsphasen innerhalb der zulässigen Emissions- wird auch der Betrieb der Anlage im Teillastbereich Grenzwerte. begünstigt, der durch mehr oder weniger langes Unterin weiterer Ausgestaltung des Gegenstandes schlägt 45 brechen der Gutzufuhr entsprechend der abverlangten die Erfindung vor, daß als Luftzuführöffnungen wenig- Wärmeleistung der Feuerungsanlage gekennzeichnet stens zwei Reihen von Düsen beidseitig im Abstand zur ist.

vertikalen Brennkammermittelachsebene im Brenn- Weitere Merkmale der Erfindung sind den Unteran-

kammerboden angeordnet sind, welche vom Glutbett Sprüchen zu entnehmen.

überdeckt sind. 50 Ein Beispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der

Eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß Zeichnung dargestellt und im folgenden beschrieben,

die Querschnittsfläche der Brennkammer zum Brenn- Hierbei zeigt

kammerausgang hin abnimmt. Durch den in Brennstoff- Fig. 1 einen vertikalen Mittelschnitt durch die Feue-

schubrichtung stetig kleiner werdenden Brennkammer- rungsanlage und

querschnitt werden die im oberen Brennkammerbereich 55 F i g. 2 einen Querschnitt in der Schnittebene A-B. besonders heißen Gase in gebündelter Form zwangs- Die Feuerungsanlage weist einen zylindrischen Heiläufig auf das mit fortschreitender Verbrennung stetig zungskessel 1 mit waagerechter Kesselachse 2 auf, der niedriger werdende Glutbett herabgedrückt und über- aus einem Innenmantel 3 und einem Außenmantel 4 streichen es bis zum Brennkammerausgang, wobei die besteht und dessen hohler Ringraum 5 über nicht dargebrennbaren Bestandteile restlos verbrannt werden. 60 stellte Vor- und Rücklaufleitungen von Heizungswasser Nach einem weiteren Vorschlag ist die Querschnitts- durchströmbar ist. Auf dem Innenmantel 3 des Heifläche der Brennkammer an deren Ausgang etwa gleich zungskessels 1 sind radiale Längsrippen 6 angeordnet, der Querschnittsfläche des Brennstoff-Zuführkanals. Stirnseitig ist der Heizungskessel 1 durch eine vorde-Bevorzugt ist ferner eine Ausführungsform, bei der re Heizungskesselstirnwand 7 und eine als Kesseltür 8 der Brennkammerquerschnitt zum Brennkammeraus- 65 ausgebildete hintere Stirnwand, die eine wärmeisolierte gang hin ellipsenförmig ausgebildet ist. Der ellipsenför- Ablenkplatte 9 aufweist, abgeschlossen. Der gesamte mige Brennkammerausgangsquerschnitt paßt sich der Heizungskessel 1 ist von einem Blechgehäuse 10 mit nierenförmigen Gestalt des Glutbettes an, das im we- quadratischem Querschnitt, das innen mit Isolationsma-

terial 11 ausgekleidet ist, umschlossen.

An die vordere Heizungskesselstirnwand 7 ist ein ebenfalls quadratischer und mit Isolationsmaterial 12 ausgekleideter Behälter 13 angeschlossen, der einen Abgassammelraum 14 bildet. Dieser steht mit dem Kesselraum 15 durch eine Öffnung 16 in der Unterseite der vorderen Heizungskesselstirnwand 7 in Verbindung. Ferner führt aus dem Abgassammeiraum 14 ein Abgasrohr 17.

Eine Brennkammer fs ist im Abgasraum 14 und im Kesselraum 15 angeordnet. Sie besteht aus einem doppelwandigen Hohlkegelstumpf. Seine innere Wand wird von einem Brennkammermantel 19 gebildet, dessen Brennkammerboden 20 horizontal verläuft und dessen Decke 21 in Brennstoffschubrichtung 22 zum Brennkammerboden 20 hin konvergiert. Eingangsseitig ist die Brennkammer 18 durch eine tragende Stirnplatte 23 abgeschlossen. Der gesamte Brennkammermantel 19 ist von einem Außenmantel 24 aus wärmeisclierendem Material so umgeben, daß zwischen beiden Wänden ein Ringraum 25 verbleibt. Am Brennkammerausgang 26 ist der Ringraum durch eine am Brennkammermantel 19 angeschweißte Ringscheibe 27 abgeschlossen. Im Brennkammereintrittsbereich mündet der Ringraum 25 im obersten Sektor 28 in einen Luftvorwärmkasten 29, welcher den Brennraum 18 in diesem Bereich umgibt und ebenfalls an der Stirnplatte 23 befestigt ist.

Die Stirnplatte 23 weist eine runde Brennstoffeintrittsölffnung 30 auf, in welche ein Zuführkanal 31 mündet, wobei die Achse 32 der Brennstoffeintrittsöffnung 30 und des Zuführkanals 31 über der Kesselachse 2 liegt

Unterhalb der Brennstoffeintrittsöffnung 30 ist ein Rohrstutzen 33 durch die Stirnplatte 23 geführt, durch welchen die Verbrennungsluft von einem Druckluftgebläse 34 in den Luftvorwärmkasten 29 eingeblasen wird. Sie tritt aus dem Ringraum 25 in die Brennkammer 18 durch drei Düsensätze ein:

a) Zwei Düsen 35 für Erstluft sind nahe der Brennstoffeintrittsöffnung 30 beidseits in Höhe der Brennkammermittelachse im Brennkammermantel 19' angebracht. Sie sind durch Leitbleche 36 abgedeckt; ihr Luftstrahl 37 ist auf die Brennkammereintrittsöffnung 30 gerichtet

b) Ein Satz Zweitdüsen in Form von Luftzufuhröffnungen 38 befindet sich im Brennkammerboden 20 des mittleren Brennkammerbereiches. Die ebenfalls durch Leitbleche 39 überdeckten Luftzufuhröffnungen 38 lenken ihren Luftstrahl 40 durch ein Glutbett 44 hindurch nach oben.

c) In der Decke 21 des Brennkammermantels 19 sind nahe dem Brennkammerausgang 26 Düsen 41 vorgesehen, deren Strömung 42 nach unten gerichtet ist

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Bei der Inbetriebnahme wird ein Brennstoffstrang 43 aus komprim'ertem Kurzstroh durch die Brennstoffeintrittsöffnung 30 geschoben. Nach einer Initialzündung wird Verbrennungsluft (Pfeil 37) durch die Düsen 35 gegen den Brennstoffstrang 43 geblasen und die Verbrennung schnell angefacht Die dabei freigesetzten, flüchtigen Brennstoffbestandteile steigen nach oben, wo sie von der Verbrennungsluft der Luftzufuhröffnungen 38 erfaßt und mit ihr zu zwei entgegengesetzt symmetrischen und zum Brennkammerausgang 26 strömenden Wirbel-Drallströmungen 46 vermischt werden. Gleichzeitig wird die feste Strohkohle von dem in Brennstoffschubrichtung 22 nachgedrückten frischen Brennstoff allmählich in Richtung zum Brennkammerausgang 26 geschoben. Dabei wird sie durch die Verbrennungsluft der Luftzufuhröffnungen 38 von unten durchströmt und zu einem Glutbett 44 verbrannt. Zusätzlich wird das Glutbett 44 intensiv von den Wirbel-Drallströmungen 46 überstrichen, welche infolge der Verjüngung der Brennkammer auf das Glutbett 44 gezwungen werden und dort eine sehr hohe Verbrennungstemperatur erzeugen. Das Glutbett 44 verkrustet sich schließlich zu einem nierenförmigen Querschnitt 45, welcher sich durch die beiden Wirbel-Drallströmungen 46 bildet. Es fällt nach Erreichen des Brennkammerausgangs 26 in den Ascheraum am Boden des Kesselraumes 15, von wo die Asche im Bedarfsfalle durch die Kesseltür 8 entnommen werden kann.

Im Vollastbetrieb werden der Brennkammer 18 durch den Zuführkanal 31 mittels eines nicht dargestellten Kolbens Brennstoffpackungen in Abständen von etwa 60 see. zugeführt, wobei das Druckluftgebläse 34 ständig eingeschaltet bleibt. Bei verringertem Wärmebedarf im Teillastbereich ist die Beschickung längere Zeit (2—20 min) unterbrochen, wobei das Druckluftgebläse 34 abgeschaltet wird.

Während des Betriebes tritt aus dem Brennkammerausgang 26 ein Flammenstrahl aus, der gegen die Ablenkplatte 9 gerichtet ist und durch diese nach vorn in Pfeilrichtung 47 umgelenkt wird. Dadurch werden die heißen Abgase gleichmäßig am gesamten Innenmantel 3 des Heizungskessels 1 entlanggeführt und haben genügend Zeit, um einerseits viel Wärme an das Heizungswasser zu übertragen und andererseits auf einem günstigen, geringen Temperaturniveau durch den Abgassammelraum 14 in das Abgasrohr 17 geleitet zu werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Feuerungsanlage für Stroh oder ähnliches Material mit einer in einen Heizungskessel (1) hineinragenden, rohrförmigen Brennkammer (18), deren Brennkammerboden (20) etwa horizontal verläuft, in welche ein Brennstoffstrang (43) durch einen Zuführkanal (31) von außen in axialer Richtung eingeschoben und welcher Verbrennungsluft aus einem die Brennkammer (18) umhüllenden Ringraum (25) durch längs der Brennkammer angeordnete Luftzuführöffnungen in der Brennkammerwand zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzuführöffnungen derart angeordnet und ausgebildet sind, daß die durch sie eintretende Verbrennungsluft im freien Raum über dem unmittelbar auf dem Brennkammerboden (20) liegenden Glutbett (44) in der Brennkammeratmosphäre zwei mit entgegengesetzter Drehrichtung spiralförmig zum Brennkammerausgang (26) verlaufende Wirbelströmungen (46) hervorruft

2. Feuerungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Luftzuführöffnungen wenigstens zwei Reihen von Düsen (38) beidseitig im Abstand zur vertikalen Brennkammermittelachsebene im Brennkammerboden (20) angeordnet sind, welche vom Glutbett (44) überdeckt sind.

3. Feuerungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihen von Düsen (38) durch Leitbleche (39) zum Schutz vor Verschmutzung und Verstopfung abgedeckt sind.

4. Feuerungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der Brennkammer (18) zum Brennkammerausgang (26) hin abnimmt.

5. Feuerungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der Brennkammer (18) an deren Ausgang (26) etwa gleich der Querschnittsfläche des Brennstoff-Zuführkanals (31) ist.

6. Feuerungsanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennkammerquerschnitt zum Brennkammerausgang (26) hin ellipsenförmig ausgebildet ist.

7. Feuerungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Decke (21) des ausgangsseitigen Brennkammerbereiches über den oberen Deckenumfang verteilte, nach unten gerichtete Düsen (41) zur Zufuhr von Luft zur Restgasverbrennung angeordnet sind.

8. Feuerungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei entgegen der Brennstoffschubrichtung (22) auf die Brennstoffeintrittsöffnung (30) gerichtete Düsen (35) rechts und links in der Brennkammerwandung (19) in Höhe der Brennkammermittelachse in der Nähe des Brennkammereintritts angeordnet sind, welche den Brennstoffstrang (43) beim Eintritt in die Brennkammer (18) stirnseitig mit Verbrennungsluft beaufschlagen.

9. Feuerungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (18) als doppelwandiger und zwischen den Wandungen (19, 24) von Verbrennungsluft durchströmbarer Hohlkegelstumpf ausgebildet ist, dessen von den Wandungen (19, 24) gebildeter Ringraum (25) am Brennkammerausgang (26) stirnseitig geschlos-

sen ist und daß die Zuführung der Verbrennungsluft in den Ringraum (25) über einen den Eintrittsbereich der Brennkammer (18) umhüllenden Luftvorwärmkasten (29) erfolgt, welcher durch Umfangsvergrößerung der äußeren Wandung (24) des Ringraumes (25) gebildet wird.

10. Feuerungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrittsbereich der Brennkammer (18) von einem Abgassammeiraum (14) umschlossen wird, der eine öffnung (16) für den Eintritt des Abgases unterhalb der Brennkammer (18) aufweist

11. Feuerungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (18) im oberen Bereich des Heizungskessels (1) angeordnet ist