DE3705406C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Feststoffvergasungsheizkessel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein Feststoffvergasungsheizkessel dieser Art wird in der DE-PS 34 09 292 beschrieben. Mit diesem bekannten Kessel ist es möglich, daß unabhängig vom eingefüllten Brennmaterial sichergestellt ist, daß Verpuffungen und Explosionen ausgeschaltet sind, wo­ bei eine hohe Wärmeausbeute erreichbar ist. Gleich­ zeitig ist mit diesem Kessel die Möglichkeit gegeben, unmittelbar Wärme zu erzeugen. Mit dem bekannten Feststoffvergasungsheizkessel können Kohle, Torf und sonstige brennbare Stoffe verarbeitet werden und gleichzeitig Müll oder sonstige Reststoffe verbrannt werden.

Aus der DE-PS 33 12 868 ist eine Brennkammer zum Verbrennen von Abgasen bekannt, bei welcher eine Doppelanordnung von Flammrohren vorgeschlagen wird, wobei aber die Verbrennung außerhalb des Doppelflammrohres erfolgt. Bei dieser bekannten Anordnung tritt in dem Brennraum eine unterstöchiometrische Verbrennung ein. Die Schwelgase werden in den Raum zwischen dem inneren Flammrohr und dem äußeren Flammrohr eingeführt, ohne daß eine Sauerstoffzufuhr erfolgt, d. h. also in dem Raum zwischen dem inneren und dem äußeren Flammrohr herrscht weiterhin ein unterstöchiometrisches Verhältnis, was leicht zu einer unvollständigen Verbrennung führt.

Außerdem erfolgt die Verbrennung weit außerhalb des Kessels.

Aus der DE-OS 33 32 913 ist ein Verfahren zur Erzeugung schadstoffarmer Brenn- und Abgas bekannt, bei welchem die Schwelgase ebenfalls ohne Sauerstoffzufuhr in ein doppelt ausgebildetes Flammrohr geführt werden. Die Zufuhr sauerstoffhaltiger Sekundärluft erfolgt über eine gesonderte Leitung zu einer außerhalb des Kessels liegenden Verbrennungsstelle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den genannten Feststoffvergasungsheizkessel dahingehend weiterzubilden, daß einerseits erreichbar ist, daß die anfallende Asche in einem mehligen oder granulatförmigen Zu­ stand verbleibt, also nicht zu hoch erhitzt wird, daß andererseits eine so vollständige Ausbrennung der Heizgase erfolgt, daß alle Schadstoffe, die in den Gasen mitgeführt werden ausgebrannt werden, so daß eine sogenannte schadstoffarme Verbrennung mög­ lich ist, die die bisher vorgeschriebenen Emissions­ werte weit unterschreitet.

Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die Lehre des Patentanspruches 2 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteran­ sprüchen erläutert.

Mit anderen Worten ausgedrückt, wird durch den er­ findungsgemäßen Vorschlag ein Feststoffvergasungs­ heizkessel geschaffen, der mit drei verschiedenen Verbrennungsstufen arbeitet, nämlich einmal der er­ sten Stufe innerhalb der eigentlichen Brennkammer. Hier herrschen Temperaturen zwischen 600-800°C, so daß die herabfallende Asche nicht schmilzt und in einem mehligen oder granulatförmigen Zustand ver­ bleibt. Auch können hier keine Beschädigungen und Anschmelzungen der Innenauskleidung des Kessels durch zu hohe Temperaturen entstehen. Eine zweite Brennstufe wird durch das äußere Flammrohr gebildet. Hier erfolgt eine volle Sekundärluftzuführung, so daß Temperaturen zwischen 900-1000°C entstehen, die aber ebenfalls leicht einregelbar sind. Bereits in diesem äußeren Flammrohr wird ein guter Ausbrand der Gase erreicht.

Durch das innerhalb des äußeren Flammrohres angeord­ nete innere Flammrohr wird die höchste Temperatur­ stufe geschaffen, nämlich zwischen 1000-1600°C. Hier werden die von den Gasen mitgeführten Schad­ stoffe restlos verbrannt, so daß dadurch eine schad­ stoffarme Verbrennung möglich ist und die Emissions­ werte weit unterschritten werden können. Die voll­ ständige Verbrennung der Gase wird gemäß der Erfin­ dung dadurch noch unterstützt, daß im Bereich des inneren Flammrohres Düsen zur Zuführung eines die Verbrennung stützenden Gases angeordnet sind. So kann beispielsweise in die Verbrennungszone des inneren Flammrohres Sauerstoff eingeführt werden, der das Ausbrennen der Schadgase erleichtert.

Durch die lange Führung der Gase durch die drei ver­ schiedenen Brennstufen mit ihren unterschiedlichen Temperaturstufen und der gesteuerten Luft- und Gas­ zuführung zu den einzelnen Temperaturstufen wird der angestrebte vollständige Ausbrand erreicht.

Die aus dem inneren Flammrohr dann austretenden Gase können eine Temperatur von ca. 1000° aufweisen und in einem entsprechenden Wärmeaustauscher zusätzlich zur Temperaturabgabe ausgenutzt werden.

Die Düsen für die Verbrennungsluftzuführung in der äußeren Brennkammer und die Düsen für die Zuführung des die Verbrennung stützenden Gases können injek­ torförmig ausgebildet sein, so daß dadurch ein Mit­ saugen der Brenngase erfolgt. Dies bewirkt, daß mit einem geringen Unterdruck im Kessel gearbeitet wer­ den kann und dadurch mit geringen Strömungsgeschwin­ digkeiten, so daß ein ruhiger und sauberer Ausbrand der Gase erreicht wird.

Die erfindungsgemäße Gestaltung des Feststoffvergasungsheizkessels hat weiterhin den Vorteil, daß geringe Abmessungen und eine lange Gas­ führung für die gesamte Brennkammer erreichbar ist. Auch ist das Gewicht der gesamten Brennkammer ge­ ring, da die Flammrohreinsätze entsprechend leicht gestaltet werden können. Schließlich wird ein einfa­ cher und überschaubarer Aufbau der Brennkammer er­ reicht und eine bestmögliche Raumausnutzung.

Durch den zusätzlichen Einbau von Dralleinsätzen zwischen dem äußeren Flammrohr und dem inneren Flammrohr und innerhalb des inneren Flammrohres wird ein optimales Mischungsverhältnis zwischen Brenngas und Verbrennungsluft bewirkt, so daß ein guter Wir­ kungsgrad erzielbar ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfol­ gend anhand der Zeichnung erläutert.

In der Zeichnung ist ein Feststoffvergasungsheiz­ kessel mit einem anschließenden Wärmeaustauscher dargestellt.

In der Zeichnung ist mit 12 ein Füllschacht bezeich­ net, wobei oberhalb des Füllschachtes 12 eine Be­ schickungsanlage 8 vorgesehen ist. In der oberen Wandung des eigentlichen Kessels mündet ein Druck­ ausgleichsrohr 9.

Bei 21 ist ein Füllstandsregler erkennbar.

Oberhalb eines Rostes 5, der als Rüttelrost ausge­ bildet ist, wird ein Reaktionsraum 6 geschaffen, wo­ bei in diesen Reaktionsraum 6 und oberhalb des Rostes 5 ein Zündbrenner 7 mündet. Unterhalb des Rostes 5 wird eine Brennkammer 14 geschaffen, an deren unterem Ende die Entaschung 1 anschließt. Innerhalb der Brennkammer 14 ist ein Flammrohr 4 vorgesehen, das aus einem äußeren Flammrohr 15 und einem inneren Flammrohr 16 gebildet ist. In das Flammrohr 4 mündet ein Stützbrenner 2, der mit einer Explosionsklappe 3 ausgerüstet ist.

An das innere Flammrohr 16 schließt ein Abgasrohr 10 an, das zu einem Wärmetauscher 11 führt.

Mit 17 sind in der Darstellung Sekundärluftzu­ führungen bezeichnet, die im Bereich der Eintritts­ öffnung des äußeren Flammrohres 15 münden. Diese Se­ kundärluftzuführungen 17 können injektorartig ausge­ bildet sein, so daß hier ein Mitreißen der Brenngase erfolgt.

Die beiden Flammrohre 15 und 16 sind so angeordnet, daß sich das äußere Flammrohr 15 zur Brennkammer 14 hin öffnet, während das innere Flammrohr 16 inner­ halb des äußeren Flammrohres 15 so angeordnet ist, daß es sich zum äußeren Flammrohr 15 öffnet.

Im Inneren des inneren Flammrohres 16 ist ein Trich­ tereinsatz 19 vorgesehen, der konisch ausgebildet ist und sich in Strömungsrichtung der Brenngase verjüngt, wobei die Austrittsseite offen ist. In der Wandung dieses Trichtereinsatzes 19 sind ebenfalls Durch­ trittsöffnungen 20 vorgesehen, wobei die Summe der Durchtrittsöffnungen 20 und des offenen Endes des Trichtereinsatzes 19 gleich der Innenfläche des inneren Flammrohres 16 ist.

Im Bereich des Stützbrenners 2 vor der Mündung des inneren Flammrohres 16 sind Düsen 18 angeordnet, die der Zuführung eines die Verbrennung unterstützenden Gases, beispielsweise und vorzugsweise Sauerstoff, dienen.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß durch die lange Führung der Brenngase durch die Brennkammer 14, das äußere Flammrohr 15 und das innere Flammrohr 16 drei unterschiedliche Temperaturstufen geschaffen werden mit ggf. unterschiedlicher Luftzuführung, so daß ein vollständiger Ausbrand der Brenngase bewirkt wird. Die höchste Temperaturstufe liegt im Inneren des inneren Flammrohres 16.

Durch die injektorartige Ausbildung der Sekundärluftzuführungen 17 und der Düsen 18 wird erreicht, daß mit einem geringen Unterdruck im Feststoffvergasungsheizkessel gear­ beitet werden kann und dadurch mit geringen Strö­ mungsgeschwindigkeiten, so daß ein ruhiger und sau­ berer Ausbrand der Gase bewirkt wird.

In der Brennkammer 14 herrscht eine Temperatur von 600-800°C, so daß die vom Rost 5 herabfallende Asche nicht schmilzt und somit in einem mehl- oder granulatförmigen Zustand verbleibt. In dem äußeren Flammrohr 15 herrscht eine regelbare Temperatur zwi­ schen 900-1000°C, wodurch bereits ein guter Aus­ brand der Brenngase bewirkt wird. Schließlich wird im inneren Flammrohr 16 die höchste Temperaturstufe zwi­ schen 1000-1600°C erreicht, so daß dadurch fast alle Schadstoffe, die in den Brenngasen mitgeführt wer­ den, ausgebrannt werden können.

Claims (5)

1. Feststoffvergasungsheizkessel mit einem ober­ halb eines beweglichen Rostes (5) angeord­ neten Füllschacht (12), einem sich an den Füllschacht (12) oberhalb des Rostes (5) an­ schließenden Reaktionsraum (6), einer unter­ halb des Rostes (5) angeordneten Brennkammer (14) und einem innerhalb der Brennkammer (14) angeordneten, mit einem Stützbrenner (2) aus­ gerüsteten, an ein Abgasrohr (10) anschlie­ ßenden Flammrohr (4) sowie eine von einem Ge­ bläse beschickte Luftzuleitung im Bereich des Rostes (5), im unteren Bereich der Brennkam­ mer (14) und im oberen Bereich des Reaktions­ raumes (6), die eine gesteuerte Frischluftzu­ führung zu den verschiedenen Bereichen ermög­ licht, dadurch gekennzeichnet, daß das Flamm­ rohr (4) aus einem äußeren sich zur Brennkammer (14) hin öffnenden Flammrohr (15) und einem inneren, sich im Inneren des äußeren Flammrohres (15) befindenden und an das Abgasrohr (10) anschließenden Flammrohr (16) gebildet ist, wobei das äußere Flammrohr (15) mit einer Sekudärluftzuführung (17) ausgerüstet ist und im Bereich der Gaseintrittsseite des inneren Flammrohres (16) Düsen (18) münden, über die ein die Verbrennung stützendes Gas, z. B. Sauerstoff, zuführbar ist.

2. Feststoffvergasungsheizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärluftzuführung (17) und die Düsen (18) als Injektordüsen ausgebildet sind.

3. Feststoffvergasungsheizkessel nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen im inneren Flammrohr (16) vorgesehenen, sich in Strömungsrichtung der Brenngase konisch verjüngenden Trichtereinsatz (19), der an seinem Austrittsende offen und in seiner Wandung mit Durchtrittsöffnungen (20) ausgerüstet ist.

4. Feststoffvergasungsheizkessel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung am Austrittsende und die Durchtrittsöffnungen (20) in der Wandung des Trichtereinsatzes (19) zusammen eine Öffnungsweite aufweisen, die dem Innendurchmesser des inneren Flamm­ rohres (16) entspricht.

5. Feststoffvergasungsheizkessel wenigstens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwi­ schen dem äußeren Flammrohr (15) und dem inneren Flammrohr (16) und innerhalb des inneren Flammrohres (16) Dralleinsätze für das Brenngas vorgesehen sind.