DE3906743A1 - Heizkessel mit feststoffverbrennung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Heizkessel mit Feststoffverbrennung, bei dem zur Zugabe von Brenn­ stoff ein Brennstoffschacht vorgesehen ist, in dem der eingebrachte Brennstoff eine Brennstoffschüttung bildet. Die Brennstoffschüttung wird im Schacht von einer bewegbaren Abstützung mit Durchtrittsöffnungen gehalten. Oberhalb der Abstützung münden in die Brenn­ stoffschüttung Zuführungen für ein Sauerstoff enthal­ tendes Vergasungsmittel, das zur Vergasung und Teil­ verbrennung des Brennstoffs in die Brennstoffschüttung einleitbar ist. Unterhalb der Abstützung befindet sich ein Verbrennungsraum für Brenngas, das durch die Vergasung und Teilverbrennung des Brennstoffs in der Brennstoffschüttung erzeugt wird. Das Brenngas tritt durch die Durchtrittsöffnungen in der Abstützung in den Verbrennungsraum ein. Zur Aufnahme veraschten Brennstoffs, der durch die Durchtrittsöffnungen fällt, weist der Verbrennungsraum einen Aschekasten auf. Der Aschekasten schließt den Verbrennungsraum nach unten ab. Dem Verbrennungsraum ist ein Wärmetauscher nachge­ schaltet, in dem im Wärmeaustausch mit dem aus dem Verbrennungsraum abziehenden heißen Abgas, das über eine Verbrennungsraum und Wärmetauscher verbindende Heißgasleitung zum Wärmetauscher strömt, ein Wärme­ träger erhitzt wird.

Ein Heizkessel dieser Art ist in der DE-PS 37 18 022 beschrieben. Es handelt sich dabei um einen Heizkessel, bei dem der oben angegebene Brennstoffschacht statt einer sonst üblichen Brennstoffaufgabe eingesetzt ist. Unterhalb der Abstützung für die Brennstoffschüt­ tung im Brennstoffschacht befindet sich bei dem be­ kannten Heizkessel ein Feuerungsrost zur Nachverbren­ nung von aus dem Brennstoffschacht ausgetragenen noch brennbaren Brennstoffresten. Von Bedeutung ist die Abgasführung vom Verbrennungsraum zum Wärmetauscher. Es ist anzustreben, das erzeugte Brenngas vor Zutritt zum Wärmetauscher möglichst vollständig auszubrennen, um umweltverträgliche Abgase zu erzeugen. Dabei treten allerdings auch hohe Abgastemperaturen auf. Zur Nach­ verbrennung des Brenngases ist bei dem vorbeschriebenen Heizkessel eine Nachverbrennungskammer integriert, in der das Abgas nach oben geführt wird, bevor es von oben in den Wärmetauscher eintritt.

Bei einem in Abweichung vom vorbeschriebenen Heizkes­ sel örtlich getrennt vom Brennstoffschacht installier­ tem Wärmetauscher sind kurze Abstände zwischen Brenn­ stoffschacht und Wärmetauscher erwünscht. Auch muß die dann zu verlegende Anschlußleitung den gegebenen örtlichen Verhältnissen anpaßbar sein, um insbesondere bei der lnstallation des Brennstoffschachtes an Wärme­ tauschern mit nicht mehr veränderbarem Standort flexi­ bel zu sein, wie dies beispielsweise bei einer Moder­ nisierung von Heizanlagen der Fall ist, bei denen der Anschluß des Brennstoffschachtes mit umweltfreundlicher Verbrennung dem Standort der älteren Heizanlage ent­ sprechend einzurichten ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Heizkessel zu schaffen, der bei hohen Anforderungen an günstige Abgaswerte auch in einfacher Weise installierbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Heizkessel der eingangs genannten Art durch die in Patentanspruch 1 angegebe­ nen Merkmale gelöst. Danach ist die Heißgasleitung die Verbrennungsraum und Wärmetauscher miteinander verbindet, als mit Schamotte ausgekleidete Verwirbe­ lungsstrecke für das Brenngas ausgebildet. ln der Verwirbelungsstrecke wird das Brenngas sehr weitgehend ausgebrannt. Das dabei auf kurzer Wegstrecke entstehen­ de Abgas tritt ohne Nachverbrennung und mit nur ge­ ringen Schadgasanteilen in den Wärmetauscher ein. Bevorzugt besteht die Heißgasleitung aus zumindest zwei gegeneinander versetzbaren Rohrkrümmern, Patent­ anspruch 2. Die Heißgasleitung ist mit hochtemperatur­ beständiger Schamotte ausgekleidet. Zweckmäßig ist es, Schamotte mit einer Temperaturbeständigkeit von zumindest 1300°C, bevorzugt zumindest 1800°C einzu­ setzen, Patentansprüche 3 und 4.

Zur Abscheidung von vom Abgas mitgerissenen Ascheteil­ chen mündet die Heißgasleitung in weiterer Ausgestal­ tung der Erfindung nach Patentanspruch 4 in einer Beruhigungskammer für das aus der Verbrennungskammer abströmende Abgas, bevor dieses in den Wärmetauscher eintritt. Die Beruhigungskammer weist einen Asche­ sammler auf, aus dem die abgeschiedene Asche entnehm­ bar ist.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem in der Zeich­ nung schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt einen Heizkessel mit einem Brenn­ stoffschacht 1, in den über eine Beschickungseinrich­ tung 2 brennbare Feststoffe, beispielsweise zerspante Holzteile, auch beschichtetes Holz, Kohle, Papier oder andere brennbare Abfallstoffe, eingefüllt werden. Als Beschickungseinrichtung dient im Ausführungsbei­ spiel eine Schieberschleuse mit bei Betrieb gegenein­ ander verriegelten Schiebern, so daß sich immer nur einer der Schieber 2 a, 2 b zur Eingabe der Feststoffe bedienen läßt und das Ausströmen von Gasen aus dem Brennstoffschacht vermieden wird.

lm Brennstoffschacht bildet der Brennstoff auf einer Abstützung 3 eine Brennstoffschüttung 4. Im Ausfüh­ rungsbeispiel ist als Abstützung 3 ein Prisma einge­ setzt, das in der Zeichnung im Querschnitt dargestellt ist. Das Prisma ist um seine Prismenachse schwenkbar, eine der möglichen Schwenkstellungen ist in der Zeich­ nung strichliniert angedeutet. Oberhalb der Abstützung 3 befinden sich Zuführungen 5 für ein Sauerstoff enthaltendes Vergasungsmittel. lm Ausführungsbeispiel strömt Luft in die Brennstoffschüttung ein.

Unterhalb der Abstützung 3 ist ein Verbrennungsraum angeordnet, in den Sauerstoff enthaltendes Gas, im Ausführungsbeispiel Luft über einen Verbrennungsluft­ kanal 7 eingeblasen wird. Der Verbrennungsluftkanal ist an einem Gebläse 8 angeschlossen, das die Luft auch für die Zuführungen 5 aus der Umgebung ansaugt. Die über die Zuführungen 5 in die Brennstoffschüttung 3 eingegebene Luftmenge wird über einen Durchflußregler 9 gesteuert.

Der Verbrennungsluftkanal 7 mündet im Ausführungsbei­ spiel im lnnenraum der Abstützung 3 und strömt von hieraus über Öffnungen im Boden der Abstützung 3 in den Verbrennungsraum 6 ein. ln der Zeichnung sind schematisch lediglich Strömungspfeile 10 zur Markie­ rung des in den Verbrennungsraum eindringenden Luft­ stroms eingetragen.

lm Verbrennungsraum 6 wird Brenngas verbrannt, das durch Vergasung des Brennstoffs in der Brennstoff­ schüttung 3 im Brennstoffschacht erzeugt wird. Zur Vergasung durchläuft der Brennstoff im Brennstoff­ schacht zunächst eine Trocknungszone, dann eine Ver­ gasungszone und schließlich eine Glutzone 11, die in der Zeichnung strichliniert markiert ist. Die Glutzone wird durch Teilverbrennung des Brennstoffs im Brenn­ stoffschacht gebildet und weist eine Temperatur zwischen 700°C bis 900°C auf. Zur Zündung der Glutzone bei Betriebsbeginn des Heizkessels dient eine Zündein­ richtung 12.

Die Blutzone 11 befindet sich im Brennstoffschacht 1 unmittelbar über Durchtrittsöffnungen 13 zwischen Abstützung 3 und Wand des Brennstoffschachtes 1. lm Ausführungsbeispiel bei prismenartiger Ausbildung der Abstützung 3 bilden die Durchtrittsöffnungen 13 zwischen den äußeren Prismenkanten und der Wand des Brennstoffschachtes verbleibende Schlitze, deren Öffnungsweiten etwa 10 bis 50 mm, bevorzugt 30 mm betragen.

Das im Brennstoffschacht 1 in der Vergasungszone durch Zutritt des Vergasungsmittels in die Brenn­ stoffschüttung entstehende Schwelgas durchströmt den Brennstoffschacht in gleicher Richtung, wie der Brenn­ stoff den Brennstoffschacht durchdringt. Bevor das in der Vergasungszone gebildete Schwelgas in den Verbren­ nungsraum austritt, wird es somit durch die Glutzone 11 oberhalb der Durchtrittsöffnungen 13 geleitet. Dabei erhitzt sich das Schwelgas auf eine Temperatur, bei der hochmolekulare Bestandteile des Schwelgases gecrackt werden. Es entsteht ein Brenngas, das im wesentlichen CO, H₂ und CH₄ enthält.

lm Verbrennungsraum 6 wird das Brenngas unter Zufuhr der aus der Abstützung 3 ausströmenden Verbrennungs­ luft verbrannt und über eine Heißgasleitung 14 zum Wärmetauscher 15 geführt. Im Verbrennungsraum 6 wird Asche, die durch die Durchtrittsöffnungen 13 fällt, in einem Aschekasten 16 mit Ascheentnahme 17 aufge­ fangen. Vom Abgas aus dem Verbrennungsraum 6 mitge­ rissene Aschepartikel werden in einer Beruhigungskam­ mer 18, in die die Heißgasleitung 14 mündet, aus dem Abgasstrom entfernt, noch bevor dieser in den Wärme­ tauscher 15 eintritt. Die Beruhigungskammer 18 weist einen Aschesammler 19 auf, aus dem die Asche über einen Ascheabzug 20 abgeführt werden kann.

Die Heißgasleitung 14 besteht im Ausführungsbeispiel aus zwei Rohrkrümmern 14 a, 14 b, die zur Verwirbelung des Brennsgases gegeneinander versetzt angeordnet sind. In der Heißgasleitung 14 wechselt daher die Strömungsrichtung des Brenngases beim Durchströmen der Heißgasleitung, was zu einer starken Verwirbelung des Brenngases führt. lm Ausführungsbeispiel folgt in Strömungsrichtung des Brenngases gesehen auf einen nach links gerichteten Rohrkrümmer ein rechts gerich­ teter Bohrkrümmer. Es werden so Schlierenbildungen bei der Brenngasströmung vermieden, das Brenngas wird in der Heißgasleitung vollständig verbrannt. Es ent­ steht ein umweltverträgliches Abgas mit niedrigen Schadgasanteilen. Durch Verwendung zweier Rohrkrümmer ist zugleich eine flexible Anpassungsmöglichkeit für den Anschluß zwischen Brennstoffschacht mit Verbren­ nungsraum und Wärmetauscher gegeben.

Die Heißgasleitung 14 ist im lnneren mit Schamotte 21 ausgekleidet. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine zumindest bis 1800°C beständige Schamotte: es wurde eine bis 1900°C beständige Schamotte verwendet. Je nach umzusetzendem Brennstoff und davon abhängiger Brenngaszusammensetzung sind auch Schamotten geeignet, die nur eine Beständigkeit bis zu einer Brennraumtem­ peraturen von 1300°C aufweisen.

Nach Wärmeabgabe im Wärmetauscher 15 und Abkühlung des Abgases strömt das Abgas aus dem Wärmetauscher über einen Schornsteinabzug 22 ab.

Claims (5)

1. Heizkessel mit Feststoffverbrennung, bei dem zur Vergabe von Brennstoff ein Brennstoffschacht vor­ gesehen ist, in dem der eingebrachte Brennstoff eine von einer bewegbaren Abstützung mit Durch­ trittsöffnungen gehaltene Brennstoffschüttung bildet, in die Zuführungen für ein Sauerstoff enthaltendes Vergasungsmittel zur Vergasung und Teilverbrennung des Brennstoffes oberhalb der Abstützung münden, wobei unterhalb der Abstützung ein Verbrennungsraum für durch die Vergasung und Teilverbrennung des Brennstoffs im Brennstoff­ schacht erzeugtes Brenngas angeordnet ist, das durch die Durchtrittsöffnungen der Abstützung hindurch in den Verbrennungsraum eintritt, und wobei der Verbrennungsraum nach unten mit einem Aschekasten abgeschlossen ist und dem Verbrennungs­ raum ein Wärmetauscher zur Erhitzung eines Wärme­ trägers durch das in einer Heißgasleitung zum Wärmetauscher strömende Brenngas nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißgasleitung (14) in ihrem lnnenraum mit Schamotte (21) ausgekleidet ist und eine Verwirbe­ lungsstrecke für das Brenngas bildet.

2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißgasleitung (14) zumindest aus zwei gegeneinander versetzbaren Bohrkrümmern (14 a, 14 b) besteht.

3. Heizkessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auskleidung der Heißgasleitung eine zumin­ dest bis 1300°C beständige Schamotte verwendet wird.

4. Heizkessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auskleidung der Heißgasleitung eine zu­ mindest bis 1800°C beständige Schamotte verwendet wird.

5. Heizkessel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Heißgasleitung (14) in einer dem Wärme­ tauscher (15) vorgeschalteten, entaschbaren Be­ ruhigungskammer (18) für das zum Wärmetauscher (15) geführte Abgas mündet.