DE3424193A1

DE3424193A1 - Heizkessel zur energiegewinnung aus stroh

Info

Publication number: DE3424193A1
Application number: DE3424193A
Authority: DE
Inventors: Jun Heinrich Bollmann; Sen Heinrich Bollmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-06-30
Filing date: 1984-06-30
Publication date: 1986-01-09
Also published as: EP0188466A1; US4732090A; WO1986000390A1

Description

DIPL-ING. HELMUT ARENDT 34 24 1 S

PATENTANWALT

Hubertusse. 2 · 3000 Hannover 1

.5-

Hannover, 28.06.1984

B 928/A/B Patent- und Gebrauchsmuster-Hilfsanmeldung Anmelder: Herren Heinrich Bollmann sen.

Heinrich Bolimann jun. Woltwiescher Straße 17

~ 3201 Söhlde

Heizkessel zur Energiegewinnung aus Stroh

Heizkessel mit einer in einer Vertikalebene liegenden Brennstoff zuführöffnung zur Wärmegewinnung aus in Form von Hochdruckballen vorliegendem und unter standiger Vorschubkraft stehenden Stroh, Papier und dergl. brennbarem Material, bei welchem ein im Brennraum angeordnetes Ballenwiderlager in Verbindung mit einer in den Ballen greifenden Vorrichtung zum Auflockern der der Verbrennung zugeführten und der zu erzeugenden Wärmemenge entsprechenden Brennstoffmenge vorgesehen ist.

Die Wärmegewinnung aus Scroh ist bisher durch die mit der Strohverbrennung in Heizugsanlagen verbundenen Schwierigkeiten wirtschaftlich bedeutungslos geblieben. Besonders problematisch ist der hohe Gehalt an flüchtigen Bestandteilen für die Strohverbrennung. Es handelt sich um jene Bestandteile, die bei Erwärmung über 300 C unter Sauerstoffabschluß freigesetzt werden, jedoch erst ab 600 C brennen. Stroh weist mit 65 % der lufttrockenen Substanz den absolu-

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ten Höchstwert auf, worin auch das größte Problem der Verfeuerung dieses Brennstoffes liegt. Bei einer Ofenkonstruktion, bei der der gesamte eingelagerte Brennstoff in kurzer Zeit, d. h.. gleichzeitig in Glut kommt, werden nach Übersteigen einer Temperatur von 300 C innerhalb weniger Minuten 80 % der brennbaren Substanz in Form von Gas freigesetzt. Solche Öfen werden deshalb als Durchbrandöfen bezeichnet. Durch die notwendige Leistungsbegrenzung des Kessels erfolgt entweder eine unvollständige Verbrennung verbunden mit einem schlechten Wirkungsgrad und hohen Emissionswerten an Staub, Ruß und Teer oder der Brennraum kann jeweils nur mit einem geringen Teil seines Fassungsvermögens an Stroh gefüllt werden, das nach dem Durchbrennen der der geforderten Teilleistung entsprechenden geringen Menge sofort ersetzt werden muß. Ein kontinuierlicher Brennvorgang ist dadurch jedoch nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Heizkessel mit Einrichtungen zur automatischen Wärmebedarfsregelung von Vollast auf Teillasten unter Einhaltung optimaler Verbrennungsbedingungen mit einer optimalen Flammenausbildung und Verbrennung aller brennbaren Substanzen zu schaffen. Dabei sollen die Emissionswerte durch Abscheidung der Flugasche innerhalb des Kessels die vorgeschriebenen Grenzwerte nicht überschreiten. Ferner soll eine Wärmeausnutzung nicht nur der flüchtigen Gasbestandteile, sondern auch der festen Rückstände bis zu deren vollständiger Verbrennung ermöglicht werden.

Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich dadurch aus, daß die dem Brennraum zuzuführenden Hochdruckballen innerhalb des Kesselraumes von Kanalwänden umfaßt sind. Diese enden vor dem Brennraum, der vorzugsweise innerhalb einer die Flammen gegen den Wassermantel des Kessels isolierenden Kammer an-

geordnet ist. Die Länge des Pressballenkanals wird hierbei bestimmt durch die für die völlige Trocknung des Brennmaterials und Erzeugung von Schwelgas notwendige Zeit. Um eine optimale Ausbildung der Flammen zu gewährleisten, mündet die Brennkammer in einen oberhalb des Ballenkanals angeordneten Flammenkanal, der im we-sentlichen die gesamte Länge des Heizkessels einnimmt. Am Ende des Flammenkanals können die Abgase zunächst in einen den oberen Teil des Kesselraumes einnehmenden oberen Abgaszug umgelenkt werden, um nach dessen Durchströmung in zwei weitere Abgaszüge eingeleitet zu werden, die zu beiden Seiten des Ballenkanals und damit unterhalb des oberen Abgaszuges angeordnet sind. Die Abgaszüge bilden durch ihre Querschnittserweiterungen gegenüber dem Flammenkanal Berührungsstrecken, die das Ausbrennen bewirken.

In weiterer vorteilhafter Ausbildung des Erfindungsgegenstandes wird vorgeschlagen, das Ballenwiderlager aus einem geschlossenen Ring zu fertigen, an dessen dem Preßballen zugewandten Seite wenigstens zwei in den Brennstoff greifende Zapfen angeordnet sind. Vorzugsweise ist innerhalb eines unter dem Brennraum und dem Wassermantel angeordneten Aschenkastens eine Schnecke angeordnet, mit deren Hilfe alle noch brennbaren jedoch bereits in den Aschenkasten gefallenen Brennstoffanteile aufgelockert werden und dadurch vollständig verbrennen können. Die dadurch entstehende Wärme kann nach oben steigen und auf den Wassermantel des Heizkessels übertragen werden.

Mit einem erfindungsgemäß gestalteten Heizkessel gelingt es, aus Stroh, Papier und dergl. brennbarem Material, Wärme unter Einhaltung der vorgeschriebenen Grenzen für die Abgasemissionen zu gewinnen und zwar nicht nur für einen bestimmten Lastbereich, sondern von Vollast bis herab zu ganz geringen Teillasten, ohne daß die Verbrennung verschlechtert wird und die Emissionen von Ruß und verbrannten Schwelgasen, Flugasche und Teer unzulässige Grenzen überschreiten. Der Brennstoff wird bereits vor seiner

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Verbrennung im Kessel erhitzt. Das Material wird dadurch vollständig getrocknet und zu einem großen Teil verschwelt. Während der Stillstandszeiten können deshalb nun geringfügige Schwel- -gasanteile erzeugt werden. Das vollkommen trockene Brennmaterial ist zur Wiederanzündung hervorragend geeignet,so daß eine sehr rasche Flammenbildung einsetzen kann. Ein weiterer Vorteil ist durch die inmitten des Kessels angeordnete Brennkammer gegeben, wodurch ein Berühren der Wärmetauscherwände durch die Flammen verhindert wird (sog. trockene Brennkammer). Durch entsprechend geringe Abstrahlungsverluste wird eine optimale Brennraumtemperatur erreicht und in Verbindung mit einem dafür vorgesehenen Thermostaten gehalten.

Für die Herstellung können handelsübliche Einzelteile verwendet werden, so daß sich insgesamt eine kostengünstige Bauweise ergibt.

Weitere den Erfindungsgegenstand in vorteilhafter Weise ausgestaltende zusätzliche Merkmale sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt und nachstehend erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen vertikalen Längsschnitt durch den Heizkessel,

Fig. 2 einen horizontalen Längsschnitt durch den Heizkessel oberhalb der Brennkammer,

Fig. 3 einen horizontalen Längsschnitt durch den Heizkessel in Höhe des Luftvorwärmers,

■a.

Fig. 4 einen Querschnitt durch den Heizkessel im Bereich der Brennkammer,

Fig. 5 einen Querschnitt in Kesselmitte,

Fig." 6 einen Querschnitt durch den Ballenzuführungskanal außerhalb des Kessels,

Fig. 7 die Frontseite des Heizkessels und

Fig. 8 eine schaubildliche Darstellung des Ballenwiderlagers.

Der Kessel nach dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist von kreisförmigem Querschnitt. Seine Außenwände sind von Isoliermaterial 1 umhüllt. Sein Innenraum wird nahezu in vollständiger Länge von Kanalwänden 2 durchzogen. Der dadurch umhüllte Innenraum dient der Aufnahme von Hochdruckballen 3,im gezeigten Beispiel aus Stroh. Die Kanalwände 2 enden vor dem Brennraum 4 in welchen eine Welle 5 mit einem Ballenwiderlager 6 hineinragt und gegen welches der Ballen durch die Ballenvorschubplatte 7 gedrückt wird. Nach außen setzen sich die Kanalwände 2 in dem Ballenzuführkanal 8 fort.

Oberhalb der Brennkammer 4 beginnt der Flammenkanal 9, der die gesamte Länge des Kesselraumes oberhalb der Kanalwände 2 durchsetzt. Er geht über in den oberen Abgaszug 10, dem sich zwei untere Abgaszüge 11 und 12 zu beiden Seiten der Kanalwände 2 anschließen. Sie enden an zwei Abgasrohröffnungen 13 und 14 am hinteren Kesselende zu beiden Seiten des Ballenzuführkanals 8.

Die Abgaszüge 10, 11 und 12 sind mit den darin angeordneten Elementen von einem Wassermantel 15 umfaßt, der im Bereich der Brennkammer 4 einen Ausschnitt 16 aufweist, um den Brenn-

rückständen den Durchtritt in den darunter befindlichen Aschenkasten 17 zu ermöglichen.

Innerhalb des Flammenkanals 9 sind 'Luftvorwärmerrohre 18 angeordnet, denen die Sekundärluft 19 zugeführt, über einen Rohrstutzen 20 vorgewärmt und in einem Mischkasten mit einer verstellbaren Mischklappe 22 mit Frischluft 23 gemischt werden kann. Der Verbindungsstutzen des Luftvorwärmers 18 mit dem Mischkasten 21 ist mit 24 bezeichnet. Unterhalb der Brennkammer 4 in Höhe des Aschenkastens 17 wird über eine Öffnung 25 die Primärluft 26 zugeführt.

Im vorderen Bereich des Aschenkastens unterhalb der Brennkammer 4 ist eine Transportschnecke 27 installiert, um herabfallendes Brennmaterial zunächst aufzulockern und anschließend zu verdichten. Das Auflockern ermöglicht eine vollständige Nachverbrennung von unverbrannten Resten, deren Wärme in den unteren Bereich des Wassermantels 15 gegeben wird. Mit 28 ist eine Entnahmeklappe für die Asche bezeichnet. Oberhalb der Schnecke 27 ist zusätzlich ein stabförmiger Zerbröseler 29 angeordnet, der in der Lage ist, den Fallraum für das verbrannte Material ständig freizuhalten.

Der obere Abgaszug 10 ist durch Bleche 30 von den unteren beiden Abgaszügen 11 und 12 getrennt. Im hinteren Bereich des Kessels ist eine Reinigungsklappe 31 für die Entnahme der Flugasche aus dem oberen Abgaszug vorgesehen. Zusätzlich sind zwei Reinigungsklappen 32 und 33 für die unteren Abgaszüge vorgesehen. Der vordere Kesselbereich ist durch die Reinigungsöffnungen 34 und 35 zugänglich.

Sowohl das Ballenwiderlager 6 als auch die Schnecke 27 im Aschenkasten und die Zerbröselungsvorrichtung 29 sind durch

einen gemeinsamen Antriebsmotor 36 antreibbar. Der Motor ist umschaltbar, so daß das Ballenwiderlager in wechselnden Richtungen angetrieben werden kann, um dessen Wirkung zu erhöhen. Da die Aschenschnecke jedoch nur eine Drehrichtung auszuführen hat, ist sie vorzugsweise mit einem in einer Richtung wirkenden Freilauf ausgerüstet.

Das in dem Wassermantel erwärmte Wasser verläßt den Kessel über den Vorlaufanschluß 37 und kehrt in diesen nach Durchlaufen von beispielsweise Raumwärmetauschern über den Rücklaufstutzen 38 zurück.

An der hinteren Kesselstirnseite sind zusätzliche Öffnungen für Thermometer, eine thermische Ablaufsicherung und deren Fühler vorgesehen. Die vordere Kesselstirnseite zeigt Öffnungen für Thermostatanschlüsse und eine thermische Ablaufsicherung .

Zur Verbrennung wird der Strohballen 3 durch die Druckplatte 7 gegen den Ring 40 des Ballenwiderlagers 6 gedrückt. Dabei greifen die Zapfen 41 in das Brennmaterial hinein. Durch die Drehbewegung des Ringes wird das Material an der Stirnseite des Ballens gelockert, teilweise herausgerissen und verbrennt, wobei die Flammen in den Flammenkanal 9 hineinreichen und durch diesen nicht eingeengt werden. Das Abgas folgt dann durch Umlenkung dem oberen Abgaszug 10 und überträgt dabei seine Energie auf die obere Hälfte des Wassermantels. Am vorderen Ende des Kessels zu beiden Seiten der Brennkammer 4 wird das Abgas abermals umgelenkt und folgt den beiden Abgaszügen 11 und 12 bis zu den Abgasöffnungen 13 und 14 durch welche es den Kesselraum verläßt und dem Schornstein zugeleitet wird.

Während des Durchlaufens der unteren Abgaszüge wird weitere Wärmeenergie auf die untere Hälfte des Wassermantels übertragen .

Im Umlenkbereich des Abgases, d. h. im Bereich des Übergangs vom Flammenkanal 9. in den oberen Abgaszug 10 lagert sich fast die gesamte im Abgas enthaltene Flugasche ab. Sie kann bequem nach öffnen der Reinigungsklappe 31 entnommen werden. Die restliche Flugasche lagert sich in den unteren Abgaszügen 11 und 12 ab und kann ebenfalls ohne Mühe von Zeit zu Zeit entnommen werden.

Das aus der Brennkammer 4 herabfallende z. T. noch nicht vollständig ausgebrannte Material wird durch die Schnecke 27 im Aschenkasten aufgelockert und kann insbesondere auch durch die Einwirkung der in diesem Bereich eintretenden Frischluft

26 vollständig verbrennen und gibt dabei seine restliche Wärmeenergie an die Unterseite des Wassermantels 15 ab. Die vollständig verbrannten Aschenteile werden durch die Schnecke

27 im weiteren Verlauf verdichtet und dabei in den Bereich der Entnahmeklappe 28 geschoben. "'

Zur Sicherung des Kessels ist ein Thermostat für das Kesselwasser und ein Thermostat für die Brennkammer vorgesehen. Der Brennraumthermostat sorgt für die günstigste Brennraumtemperatur um 700 C. Dadurch wird wesentlich die Einhaltung der vorgeschriebenen Emissionswerte innerhalb der Temperaturgrenzen, die der Wasserthermostat vorgibt, eingehalten. So schaltet beispielsweise der Wasserthermostat den Antriebsmotor 36 ab, wenn der Grenzwert der Wassertemperatur 80°C erreicht ist und zwar auch dann, wenn der Brennraumthermostat einen Abschaltimpuls noch nicht abgibt. Durch das Stillsetzen des Ballenwiderlagers verlöschen die Flammen, es ver-

bleibt lediglich eine Glutschicht, die jedoch nicht zu einer Verschwelung führt, da im vorderen,dem der Brennkammer zugewandten Bereich des Strohballens dem Material das Schwelgas bereits fast vollständig entzogen worden ist. Deshalb werden auch während der Stillstandszeiten die Grenzwerte der Kohlenmonoxyd-Emission nicht überschritten. Sobald der Wasserthermostat nach entsprechender Abkühlung des Wassermantels.um einige Grad den Antriebsmotor wieder in Betrieb setzt, entsteht durch die wiedereinsetzende Auflockerung des Brennmaterials an der Stirnseite des Strohballens erneut eine Flamme. Hierzu trägt die vollständige Austrocknung des Brennmaterials in diesem Bereich bei.

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Claims

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Hubertusstr. 2 ■ 3000 Hannover 1

Hannover, 28.06.1984

B 928/A/B Patent- und Gebrauchsmuster-Hilfsanmeldung Anmelder: Herren Heinrich Bollmann sen.

Heinrich Bollmann jun. Woltwiescher Straße 17

3201 Söhlde

PATENTANSPRÜCHE

( 1/ Heizkessel mit einer in einer Vertikalebene liegenden Brennstoffzufühnöffnung zur Wärmegewinnung aus in Form von Hochdruckballen vorliegendem und unter ständiger Vorschubkraft stehendem Stoh, Papier und dergl. brennbarem Material bei welchem ein im Brennraum angeordnetes Ballenwiderlager in Verbindung mit einer in den Ballen greifenden Vorrichtung zum Auflockern der der Verbrennung zugeführten und der zu erzeugenden Wärmemenge entsprechenden Brennstoffmenge vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Brennraum zuzuführenden Hochdruckballen (3) innerhalb des Kesselraumes von Kanalwänden (2) umfaßt sind.
2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraum innerhalb einer die Flammen gegen den Wassermantel (15) isolierenden Kammer (4) angeordnet ist.
3. Heizkessel nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Ballenkanals (2) mindestens

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der für die völlige Trocknung des Brennmaterials und die Erzeugung von Schwelgas notwendigen Zeit entspricht.
4. Heizkessel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (4) in einen oberhalb des Ballenkanals (2) angeordneten Flammenkanal (9) mündet, an dessen der Brennkammer (4) abgekehrtem Ende die Abgase zunächst in einen oberen Abgaszug (10) und nach dessen Durchströmung in zwei untere zu beiden Seiten des Ballenkanals angeordnete untere Abgaszüge umlenkbar sind.
5. Heizkessel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Brennkammer mer ein sich über die gesamte Kessellänge erstreckender

y Aschenkasten (17) mit einer im Bereich der Brennkammer an-

*' . geordneten Schnecke (27) zum Auflockern der Aschenteile für eine vollständige Nachverbrennung mit anschließender Verdichtung angeordnet ist.
6. Heizkessel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1

bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ballenwiderlager (6) durch einen für wechselnde Drehrichtungen umschaltbaren Antriebsmotor (36) antreibbar ist.
7. Heizkessel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ballenwiderlager aus einem geschlossenen Ring (40) steht, an dessen dem Preßballen zugewandter Seite wenigstens zwei in den Brennstoff greifende Zapfen (41) angeordnet sind.
8. Heizkessel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Antriebswelle (5) des Ballenwiderlagers und hinter diesem ein stabförmiges Element (42) zum Zerbröseln der Brennrückstände befestigt ist.
.9. Heizkessel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke (27) im Aschenkasten (1_7) vom Motor (36) des Ballenwiderlagers antreibbar und mit einem in einer Drehrichtung wirksamen Freilaufgetriebe ausgerüstet ist.
10. Heizkessel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einem Thermostat für das Kesselwasser und mit einem Thermostat für die Brennkammer ausgerüstet ist.
11. Heizkessel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltfunktion des Wasserthermostaten der des Brennkammerthermostaten übergeordnet ist.
12. Heizkessel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1

bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Flammenkanal (9) über die gesamte Länge des Kesselraumes erstreckt.
13. Heizkessel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Abgaszug (10) durch Bleche (30) von den beiden unteren, zu beiden Seiten des Ballenkanals (2) verlaufenden Abgaszügen (11, 12) getrennt ist.
14. Heizkessel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Abgasumlenkung vom Flammenkanal (9) in den oberen Abgaszug (10) eine Reinigungsklappe (31) angeordnet ist.
15. Heizkessel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1

bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Übergangs von der Brennkammer (4) zum Aschenraum ein weiterer stabföi— miger Zerbröseler (29) zum Freihalten des Aschenfallraumes vorgesehen ist.
16. Heizkessel nach einem oder mehreren der Ansprüche bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß im Flammenkanal (9) ein Verbrennungsluftvorwärmer (18) für die Sekundärluft angeordnet ist.
17. Heizkessel nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgewärmte Sekundärluft (19) in einem Mischkasten (21) mit Kaltluft (23) mischbar ist."
18. Heizkessel nach einem oder mehreren der Ansprüche bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einem kreisförmigen Querschnitt versehen ist.
19. Heizkessel nach den Ansprüchen 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Ringes (40) des Ballenwiderlagers eine Querstrebe (42) als Abstreifelement für Verbrennungsrückstande angeordnet ist.

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