DE3727006A1 - Rotationsbrenner fuer feste brennstoffe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rotationsbrenner nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei kleineren, mit festen Brennstoffen beheizten Feuerungsein­ richtungen konventioneller Bauart für Heizungsanlagen werden in vielen Fällen die Grenzwerte für Schadstoffe im Abgas überschritten. Besonders durch die Verwendung von feinkörni­ gem und mit Staub vermischtem Brennmaterial, z.B. Span­ plattenabfällen in der Möbelindustrie, kommt es zu toxischer CO-Bildung, weil die Verweildauer im Brennraum, insbesondere für aufgewirbelte Staubpartikelchen zu kurz ist, was einen schlechten Ausbrandwirkungsgrad bedeutet. Außerdem erlauben diese alten Feuerungsanlagen keine hohe spezifische Brennkammerleistung, was große Bauvolumen und Baugewichte bedingt.

Mit modernen Brennern, wie Rotationsbrennern für feste Brennstoffe, insbesondere Abfallstoffe, werden wesentlich bessere Verbrennungsparameter und Leistungsdaten erreicht. Bei diesen Brennern wird der feste Brennstoff durch eine geeignete Fördereinrichtung über ein zentrales Förderrohr, je nach Leistungsbedarf in schwenkender Menge, kontinuierlich dem Rostkorb zugeführt. Durch die Rotation des Rostkorbes wird das feste Brennstoffmaterial infolge der auftretenden Zentrifugalkraft an der Innenseite des Rostkorbes fixiert. Durch ausreichende Luftzufuhr zentral vom Innenraum her wird die Verbrennung bis zum Ausbrand in Gang gehalten, wobei durch im Rostkorbmantel vorgesehene viele kleine Öffnungen die heißen Verbrennungsgase mit der Asche bzw. den anfallenden Verbrennungsrückständen in radialer Richtung nach außen abgeschleudert und vom Rauchgas durch den Wärmetauscher mitgerissen werden. Hierdurch wird weder der Reinigungsauf­ wand für den Wärmetauscher verringert noch die nachgeschal­ tete Rauchgasentstaubungsanlage entlastet. Das Abströmen der heißen Verbrennungsgase aus dem Brennerinnenraum über die vielen Öffnungen am Rostkorbmantel hat eine hohe thermische Belastung dieses Bauteils zur Folge, da die Temperatur des Rostkorbes immer über dem Zündpunkt der austretenden Gase liegen muß, wodurch dessen Lebensdauer entscheidend herabgesetzt wird. Liegt die Temperatur des Rostkorbes unter dieser Zündtemperatur, kann eine Verbrennung der austretenden Gase nicht stattfinden und der Rostkorb wirkt als sog. Schutzgitter. Außerdem leidet bei dieser bekannten Konzeption der Ausbrandwirkungsgrad dadurch, daß noch unverbrannte feste Brennstoffteilchen und in schon gasförmigem Zustand befindliche durch die hohe Zentrifugalkraft ausgeschleudert werden, wobei durch die hohen Fluggeschwindigkeiten diese brennenden Teilchen vielfach gelöscht werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Nachteile der bekannten Brenner zu vermeiden und einen Rotationsbrenner für feste Brennstoffe, insbesondere Abfallstoffe, zu schaffen, der eine lange Lebensdauer, einen hohen Ausbrandgrad bzw. praktisch vollkommene Verbrennung garantiert und der außerdem derart arbeitet, daß die ausströmenden Verbrennungsgase in hohem Grad frei von unverbrannten Restpartikelchen sind.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung nach den Merkmalen des Anspruchs 1.

Weitere erfindungsgemäße Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die Erfindung bzw. den erfindungsgemäßen Aufbau des Rostkorbmantels in Form einer gestaffelten, eingangs divergierenden Rostkorbwand mit axial oder leicht konisch verlaufenden Lufteintrittsspalten wird eine verhältnismäßig lange Verweildauer für das feste Brennmaterial und die noch nicht vollständig ausgebrannten Brennstoffteilchen erreicht, die über die axialen Ringspalte gut verteilt ausreichend mit primärer Verbrennungsluft versorgt werden, wobei der sukzessiv ausbrennende feste Brennstoff infolge der Divergenz der Brennkammerwand selbsttätig mit dünner werdender Schichtstärke zu den Radialspalten hin wandert, wo die Asche und sonstige Verbrennungsrückstände durch Zentrifugalwirkung weitestgehend radial ausgetragen werden. Durch die einströmende primäre, noch kühle Verbrennungsluft wird der Rostkorbmantel intensiv gekühlt, so daß damit eine hohe Lebensdauer für dieses Bauteil gesichert ist. Die auf die Brennstoffpartikel einwirkende Zentrifugalkraft nimmt in Strömungsrichtung infolge der sich mit dem Rostkorbdurchmes­ ser vergrößernden Umfangsgeschwindigkeit zu. Dies hat den Vorteil, daß die mit zunehmendem Abbrand kleiner werdenden Brennstoffpartikel beim Vorschieben in Richtung Gasaustritt mit immer größerer Zentrifugalkraft festgehalten werden. Die abnehmende Masse wird so zumindestens teilweise durch höhere Zentrifugalkräfte kompensiert.

Durch die Divergenz des Rostkorbmantels und die axiale Zufuhr der primären Verbrennungsluft wird im Brennraum durch stetige Verzögerung der Strömung sowie durch das von der Drallströ­ mung zentral erzeugte Unterdruckgebiet eine Rückströmung im Flammenkern initiiert, die neben der Drallströmung mithilft, den heißen Flammenkern zu stabilisieren, der durch die Auszentrifugierung der noch unverbrannten, schwereren festen und gasförmigen Brennstoffteilchen nach außen hin kühler wird, wodurch der Rostkorbmantel auch von dieser Richtung her vor thermischen Schäden bewahrt wird. Das die Strömung nach hinten verzögernde Rückströmgebiet im Bereich des Flammen­ kerns erhöht die Verweildauer der noch unverbrannten Gasanteile erheblich, so daß bei extrem kurzgehaltener Ausbrandstrecke, die in vorteilhafter Weise zu einer kurzen Brennerkonstruktion führt, trotzdem ein optimaler Ausbrand erzielt wird. Die ausgebrannten Verbrennungsgase bzw. Abgase verlassen dann den Rostkorb axial nach hinten zur Weiterver­ wendung, z.B. in einem Heizkessel, was durch die Anordnung des konvergierenden Korbteils am ausgangsseitigen Ende des Rostkorbes begünstigt wird.

Weitere Vorteile der Erfindung sind im Rahmen der nachfolgen­ den Erfindungsbeschreibung angeführt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Rotationsbrenner mit der Beschickungseinrich­ tung für den festen Brennstoff im Längsschnitt,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II gemäß Fig. 1, und

Fig. 3 eine Draufsicht gemäß Fig. 1.

Wie die Fig. 1 erkennen läßt, besteht der Rostkorb 1 des Rotationsbrenners eingangsseitig aus vielen koaxial zueinander angeordneten Ringen 2, die in axialer Richtung sich erstrecken und überlappend nach hinten gestaffelt sind. Jeder Ring 2 weist dabei zu seinem vorhergehenden Ring 2, vom Brennereingang beginnend, einen größeren Durchmesser auf, wobei zwischen den einzelnen Ringen axiale Ringspalte 3 gebildet werden. An den Ringen 2 schließen sich ausgangssei­ tig mehrere Scheiben 4 an, zwischen denen radiale Ringspalte 5 vorgesehen sind. Die Ringe 2 und die Scheiben 4 sind durch Distanzstücke 6 fest miteinander verbunden. Am Ende des Rostkorbes 1 ist ein konvergierender Korbteil 7 angeordnet, dessen hintere Kante 7 a eine ringförmige Ausströmöffnung 7 b für die den Brennerraum verlassenden Verbrennungsgase A bildet.

Der feste Brennstoff B gelangt über einen Fülltrichter 8 in ein zentrales Förderrohr 9, das im schwenkbaren Brenneraußen­ gehäuse G befestigt ist. Eine Förderschnecke 10 transportiert den Brennstoff B in den Brennraum 11 des Rostkorbes 1. Dieser ist mittels einer Hohlwelle 12 über Wälzlager 13 auf dem Förderrohr 9 fliegend gelagert. Angetrieben wird die Hohlwelle 12 und damit auch der fest an dieser angeflanschte Rostkorb 1 durch einen Elektromotor 14 über eine diesem zugeordnete Riemenscheibe 15, einen Keilriemen 16 und eine fest mit der Hohlwelle 12 verbundene Riemenscheibe 17.

Am feststehenden Luftzufuhrgehäuse 20, das am Wärmeverbrau­ cher angeflanscht wird, ist vorne, wie die Fig. 3 zeigt, über eine gehäusefeste Konsole 18 mittels Scharniere 19 ein den Rostkorb 1 und die Hohlwelle 12 mit lichtem Abstand umgebendes Brenneraußengehäuse G zusammen mit dem Förderrohr 9 und eingebauter Schnecke 10 schwenkbar angeordnet, wodurch eine leichte Zugänglichkeit zum Rostkorb 1 möglich ist und eine Demontage desselben bzw. Wartungsaufgaben ohne weiteres durchführbar sind. Dem Luftzufuhrgehäuse 20 strömt über einen Stutzen die gesamte Verbrennungsluft L zu, die sich in drei Teilströme aufteilt, und zwar in eine primäre Verbrennungs­ luft L 1, die durch die axialen Ringspalte 3 in den Brennraum 11 gelangt, ferner in eine sekundäre Verbrennungsluft L 2, die durch einen Ringspalt 21 zwischen der ringförmigen Kante 7 a des konvergenten Korbteils 7 und einer hinteren ringförmigen kante 20 a des Luftzufuhrgehäuses 20 in den Brennraum 11 von hinten her einströmt, und schließlich in eine Kühlluft L 3, die vom Luftzufuhrgehäuse 20 her über Öffnungen 22 an der Flanschverbindung der Hohlwelle 12 und des Rostkorbes 1 in den Einbauraum 23 der Wälzlager 13 gelangt und letztere dabei kühlt, worauf diese Kühlluft L 3 über einen Ringspalt 23 eingangsseitig als weitere Verbrennungsluft in den Brennraum 11 einströmt. Am Luftzufuhrgehäuse 20 ist etwa unterhalb der Scheiben 4 des Rostkorbes 1 ein Ascheauffangkasten 25 angeordnet.

Der erfindungsgemäße Rotationsbrenner arbeitet wie folgt: Der von der Förderschnecke 10 zugeführte Brennstoff B fällt eingangsseitig in den mit entsprechender, vorzugsweise regelbarer Drehgeschwindigkeit rotierenden Rostkorb 1 und wird durch die Einwirkung der Zentrifugalkraft an der divergierenden Innenfläche des Rostkorbs 1 zu einer gleichmäßigen Materialschicht verteilt, deren Stärke in axialer Richtung nach hinten durch Abbrand und zunehmendem Flächenumfang abnimmt.

Die resultierende Gesamtströmung im Brennraum 11 wird bestimmt einerseits durch die Axialität der durch die Ringspalte 3 einströmenden primären Verbrennungsluft L 1 sowie der durch den zentralen Ringspalt 24 einströmenden erwärmten Kühlluft L 3 bzw. zusätzlichen Verbrennungsluft, die beide gegenüber dem Brennkammerinnendruck einen Überdruck aufweisen, und andererseits von der Rotationsbewegung, die ein zentrales Unterdruckgebiet erzeugt, was von der eingangsseitigen Divergenz des Rostkorbes 1 noch unterstützt wird. Dadurch wird eine zentrale Rückströmung R angefacht, so daß sich im Zentrum des Brennraumes 11 ein heißer Flammenkern stabilisiert, wobei durch die aerodynamisch erzwungene lange Verweildauer der noch unverbrennten Partikelchen und Gase ein optimaler Ausbrand garantiert ist.

Durch die beiden im Brennraum sich kreuzenden Strömungen, die frische luftsauerstoffreiche, beim Einströmen den Mantel des Rostkorbes kühlende Axialströmung und die bereits brennende heiße Rotationsströmung, wird eine schnelle und intensive Vermischung beider Strömungsphasen bewirkt.

Asche und sonstige Verbrennungsrückstände sowie unverbrenn­ bare Anteile werden durch Zentrifugalkräfte durch die Ringspalte 5 ausgetragen.

Die sekundäre Verbrennungsluft L 2 wird direkt in den heißen Brennkern eingespeist, was den vollständigen Ausbrand in und um diesen fördert. Die Konvergenz des Korbteils 7 beschleu­ nigt das Abströmen der ausgebrannten Gase A.

Die Leistungsregelung erfolgt durch Änderung der Drehzahl der Förderschnecke 10 und entsprechende Anpassung der erforder­ lichen Menge der Verbrennungsluft L.

Claims (11)

1. Rotationsbrenner für feste Brennstoffe, mit einem Rostkorb, dessen Mantel mit einer Vielzahl von Öffnungen versehen ist und dem der Brennstoff an seiner vorderen Stirnseite kontinuierlich durch eine Fördereinrichtung, insbesondere eine Förderschnecke, über ein zentral angeordnetes Förderrohr zugeführt wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Rostkorb (1) eingangsseitig aus vielen koaxial angeordneten und zueinander axial nach hinten versetzten bzw. sich überlappenden Ringen (2) besteht, die axial gerichtet oder nach hinten leicht konisch steigend verlaufend ausgebildet sind und die vom Rostkorbeingang ausgehend nach hinten mit steigenden, insbesondere gleichmäßig steigenden Durchmessern gestaffelt sind zwecks Bildung von zwischen den einzelnen Ringen (2) axial oder leicht konisch verlaufenden Ringspalten (3) und daß ferner der Rostkorb (1) ausgangsseitig aus mehreren radial gerichteten Scheiben (4) mit dazwischenliegenden radialen Ringspalten (5) besteht, dies alles in derartiger Anordnung, daß die primäre Verbrennungsluft (L 1) mit Überdruck von außen über die Ringspalte (3) nach innen einströmt, die erzeugten Verbrennungsgase (A) an der hinteren Stirnseite des Rostkorbes (1) ausströmen und der Auswurf der Asche bzw. Verbrennungsrückstände durch die Ringspalte (5) erfolgt.

2. Rotationsbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß am Rostkorb (1) ausgangsseitig ein konvergierender Korbteil (7) mit einer axial hinteren kreisförmigen Ausströmöffnung (7 b) für die Verbrennungsgase (A) vorgesehen ist.

3. Rotationsbrenner nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rostkorb (1) in Umfangsrichtung von einem ihn mit lichtem Abstand umgebenden Luftzufuhrgehäuse (20) und dem Brenneraußengehäuse (G) ummantelt ist, über die die gesamte Verbrennungsluft (L) dem Brennraum (11) des Rostkorbs (1) in Teilstömen (L 1, L 2, L 3) direkt oder indirekt zuströmt.

4. Rotationsbrenner nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftzufuhrgehäuse (20) an seiner hinteren Stirnseite eine mit der Ausströmöffnung (7 b) des konvergierenden Korbteils (7) korrespondierende Austrittsöffnung (20 b) aufweist, zwischen deren ringförmiger Kante (20 a) und der ringförmigen Kante (7 a) des Korbteils (7) ein Ringspalt (21) zum Eintritt von sekundärer Verbrennungs­ luft (L 2) in den Brennraum (11) belassen ist.

5. Rotationsbrenner nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rostkorb (1) über eine nach vorn sich erstreckende Hohlwelle (12) auf dem Förderkorb (9), insbesondere über Wälzlager (13), fliegend gelagert ist.

6. Rotationsbrenner nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (12) vom feststehenden Brenneraußengehäuse (G) mit lichtem Abstand ummantelt ist und an der Flanschverbindung zum Rostkorb (1) Lufteinlaßöffnungen (22) aufweist, über die dem Einbauraum (23) der Wälzlager (13) Kühlluft (L 3) zugeführt wird, die dann über einen zwischen dem vorderen Ende des Rostkorbs (1) und dem vorderen Ende des Förderrohres (9) vorgesehenen Ringspalt (24) in den Innenraum des Rostkorbes (1) als zusätzliche Verbrennungsluft einströmt.

7. Rotationsbrenner nach Anspruch 6. dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Brenneraußengehäuse (G) mittels Scharniere (19), die am feststehenden Brenneraußengehäuse (20) über Konsole (18) angeordnet sind, schwenkbar gelagert ist.

8. Rotationsbrenner nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb des Rostkorbes (1) über die fest mit diesem verbundene Hohlwelle (12) erfolgt.

9. Rotationsbrenner nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hohlwelle (12) von einem Elektromotor über einen Riemenantrieb (15, 16, 17) angetrieben wird.

10. Rotationsbrenner nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Ringscheibe (4) bzw. der Radialspalte (5) des Rostkorbes (1) am Luftzufuhrgehäuse (20) ein Ascheauffangkasten (25) angeordnet ist.

11. Rotationsbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ringe (2) und die Scheiben (4) des Rostkorbes (1) durch dazwischengesetzte, über den Umfang verteilte, einzelne Distanzstücke (6) gegenseitig fixiert bzw. fest miteinander verbunden sind.