DE60210252T2

DE60210252T2 - Verbrennungsvorrichtung

Info

Publication number: DE60210252T2
Application number: DE60210252T
Authority: DE
Inventors: Hakan Thunström
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-02-27
Filing date: 2002-02-27
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2022-02-28
Also published as: WO2002068865A1; SE0100662D0; DE60210252D1; ES2264720T3; ATE321977T1; EP1364160B1; EP1364160A1; DK1364160T3

Description

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Verbrennungsvorrichtung zum Verbrennen von relativ fein gekörnten Biobrennstoffen; spezieller betriff sie eine Verbrennungsvorrichtung, welche vorgeheizte Verbrennungsluft verwendet, die der Verbrennungskammer in der Verbrennungsvorrichtung zugeführt wird. Eine solche Verbrennungsvorrichtung, welche dem Oberbegriff von Anspruch 1 entspricht, ist aus der Druckschrift FI-B-71408 bekannt.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Verbrennung von gasintensiven Biobrennstoffen, wie zum Beispiel Pellets, Brickets, Hackschnitzel und dergleichen, ist mit einer Vielzahl von Problemen verbunden. Ein spezifisches Problem bei allen Verbrennungen von Biobrennstoffen ist es, Verbrennungsvorrichtungen zu finden, die in dem Verbrennungsbereich eine hohe Reduktionsgeschwindigkeit für die Kohlenstoffpartikel ermöglichen. Wenn eine Retorte oder eine Verbrennungskammer verwendet wird, bewirkt die Verbrennung der hoch energiehaltigen Brennstoffe mit einem niedrigen Grad an Feuchtigkeitsgehalt. dass die Brennstoffe mit einer niedrigen Ausgangswirkung verbrennen, bevor sie die Retorte oder die Verbrennungskammer erreicht haben. Ein hoher Durchgangswiderstand verursacht Schwierigkeiten, ein gleichmäßiges Durchblasen der Brennstoffmasse zu steuern, was zu lokalen Verbrennungen führt, wo der Hauptteil des Luftstroms durchfließt, während andere Teile der Brennstoffs unbeeinflusst sind.
Ein spezielles Problem ist, dass der Schmelzpunkt für Asche häufig leicht erreicht wird. In diesem Zusammenhang wird, wenn eine Retorte oder eine äquivalente Vorrichtung verwendet wird, leicht eine Ablagerung von Schlacke und unverbranntem Brennstoff erzeugt, welche wiederum die gewünschte Verteilung von Luft und Brennstoff stört.
Ein weiteres Problem bei Verbrennungen ist, dass Salze in dem Temperaturbereich von 600 bis 1000°C kondensieren, wie es auch bestimmte Gase innerhalb des Brennstoffs tun. Dies bewirkt, dass sich Ablagerungen an den Außenflächen der Verbrennungsvorrichtung bilden. Diese Ablagerungen sind schwierig zu entfernen und können die in der Verbrennungsvorrichtung angeordneten Luftlöcher verstopfen.
Die vorliegende Erfindung ist dazu bestimmt, diese Probleme zu bewältigen und gleichzeitig eine effiziente Verbrennung bei allen Verbrennungsbedingungen zu gewährleisten. Dies und weitere Vorteile werden mit der Verbrennungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 zeigt einen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Wie aus 1 ersichtlich umfasst die erfindungsgemäße Verbrennungsvorrichtung eine Verbrennungskammer 1, welche im Wesentlichen aus einem exzentrischen Eingangsteil 2, einem zylindrischen Mittelteil 3 und einem konischen Ausgangsteil 4 besteht. Eine Anzahl von Öffnungen 12 zum Einblasen von Luft, in der Figur allgemeint mit X gekennzeichnet, ist in dem Eingangsteil 2, dem Mittelteil 3 und dem Ausgangsteil 4 angeordnet, um vorgeheizte Luft einerseits durch die Oberfläche der Brennstoffmasse bzw. menge und andererseits durch das erzeugte Gasvolumen zuzuführen, wobei das Blasen in markierten Bereichen für Primärluft, Sekundärluft und Tertiärluft ausgehend von dem Eingangsteil 2 zu dem Ausgangsteil 4 durchgeführt wird. Primärluft ist definiert als die Brennstoffverdampfungsluft, Sekundärluft ist definiert als die Gasverbrennungsluft, und Tertiärluft ist definiert als die Luft bei der abschließenden Verbrennung der Reste. Zusätzlich zu den oben genannten Teilen ist die Verbrennungsvorrichtung mit einem Brennstoffgitter in dem unteren Teil des konisch geformten Ausgangsteils 4 ausgestattet. Ein Gitter ist hierbei definiert als eine Vorrichtung, welche kleine Abführungswege aus der Verbrennungskammer 1 bereitstellt. Das Gitter ist bereitgestellt, um es den verbrannten Brennstoffpartikeln zu ermöglichen, durch das Gitter und aus der Brennstoffkammer herunterzufallen, während die verbrannten Gase die Verbren nungskammer durch die Öffnungen in dem konisch geformten Ausgangsteil 4 verlassen.
Während des Betriebs wird der Brennstoff durch ein Zuführungsrohr 7 mittels einer in dem Zuführungsrohr 7 angeordneten Förderschnecke 6 horizontal in die Verbrennungskammer 1 zugeführt. Mit Hilfe von Funktionsteilen, wie zum Beispiel einem Gebläse, wird die Verbrennungsluft um das Zuführungsrohr 7 der Förderschnecke 6 herum zugeführt, wodurch der Brennstoff gekühlt wird. Der Brennstoff wird vorzugsweise mittels einer elektrischen Zündvorrichtung 10 gezündet, welche in dem Ende des Zuführungsrohrs 7 angeordnet ist. Das Ende des Zuführungsrohrs ist benachbart zu dem exzentrischen Eingangsteil 2. Die Verbrennungsluft läuft weiter in Richtung des exzentrischen Eingangsteils 2 und kühlt diesen Teil. Die Verbrennungsluft läuft dann weiter in einem Rohr 9, das die Verbrennungskammer und eine zylindrisch geformte Wärmeabschirmung 8 umgibt, welche wiederum einen Großteil der Verbrennungskammer 1 umgibt; vorzugsweise umgibt sie den gesamten Mittelteil und wenigstens zwei Drittel des konisch geformten Ausgangsteils 4. Nachdem sie über die Wärmeabschirmung 8 gelaufen ist, trifft die Verbrennungsluft zunächst auf den konisch geformten Ausgangsteil 4 und ändert dann die Richtung um ungefähr 180° und läuft unter die Wärmeabschirmung 8. In dieser Position wird die Luft durch die Verbrennungskammer erwärmt, jedoch wird im Kontakt mit dem Ausgangsteil 4 Wärme aus dem Ausgangsteil 4 absorbiert, was bedeutet, dass die Luft vorgeheizt wird, während gleichzeitig eine Kühlung des Aus gangsteils 4 erreicht wird. Schließlich tritt die Verbrennungsluft als vorgeheizte Primärluft in den zylindrischen Mittelteil 3 ein. Da die Seitenkanäle bezüglich der Brennstoffeingangsrichtung eine auseinander laufende Ausrichtung aufweisen, wird eine Lockerung der Brennstoffmasse sowie eine kleinere Volumenhöhe erreicht, was eine erhöhte Kontaktfläche für die zugeführte Primärluft ergibt.
Die oben genannten Wärmeabschirmung hat drei Funktionen. Die erste Funktion ist, das zylindrische Rohr 9 von der Wärme abzuschirmen, welche von der Verbrennungskammer 1 abgestrahlt wird. Ohne diese Abschirmung würde das zylindrische Rohr die Temperatur in den Verbrennungsbereichen implizit beeinflussen. Der zweite Zweck ist, die Verbrennungsluft dazu zu bringen, den konischen Ausgangsteil 4 in der Verbrennungsvorrichtung zu kühlen und dadurch implizit mit der Sekundärluft eine niedrigere Temperatur zuzuführen, was wiederum die Erzeugung von Stickstoffoxiden in der Endstufe der Verbrennung reduziert. Der dritte Zweck ist, die Primärluft vorzuheizen, d. h. den Brennstoff in einer hinreichend kurzen Zeit zu vergasen, so dass die Erzeugung von Kohlenmonoxid drastisch abnimmt, so dass der chemische Prozess anstelle dessen direkt zu Kohlendioxid führt.
Der Hauptteil der Verbrennung erfolgt in dem Primärbereich, wenn die vorgeheizte Luft den Brennstoff schnell vergast. Hierbei ist die Verbrennungsluft turbulent und gegen die Zuführungs- oder Förderrichtung des Brennstoffs gerichtet. Die aufsteigenden Verbrennungsgase könnten teilweise unverbrannte Teile enthalten, welche auf die durch die Öffnungen in dem oberen Teil des zylindrisch geformten Mittelteils 3 treffen, wodurch aus dem Brennstoff entstammende Gase erfasst und mit den Flammen von der Vorderseite des Brennstoffs gemischt werden. Diese Gase werden nun durch die Volumenzunahme in Richtung des konischen Ausgangsteils 4 gedrängt, wo sie mit durch Öffnungen in dem konischen Ausgangsteil 4 zugeführter Luft gemischt werden. Hier ist es, wo die abschließende Verbrennung der verbleibenden unverbrannten Gase stattfindet.
Während der Vergasung gewährleistet die Wärmeabschirmung 8, welche das Vorheizen der Primärluft unterstützt, auch ein Vorheizen der in dem Brennstoff eingeschlossenen Feuchtigkeit, was bedeutet, dass in dem Prozess überhitzter Dampf vorhanden sein wird. Der überhitzte Dampf ist schwerer als die anderen Gase und wird durch das Gitter 5 aus der Verbrennungskammer transportiert, wo der überhitzte Dampf auf Kohlenstoffpartikel trifft, was zu einer Reduktionsreaktion führt, da Kohlenstoff in Kombination mit Wasser Kohlendioxid erzeugt.
Wie oben erwähnt ist die Ausgangsöffnung 4 in dem unteren Teil mit einem Gitter 5 versehen. Das Gitter 5 hindert Kohlenstoffpartikel, welche größer als eine bestimmte Größe sind, am Verlassen des Verbrennungsbereichs, bevor sie mit überhitztem Dampf „präpariert" wurden. Die Reste des Kohlenstoffs, welche nach der Verbrennung noch vorhanden sind, können den Verbrennungsbereich nicht verlassen, da sie durch Kohlenstoffkristalle gebildet sind, welche zu Materialien in Form von Fluid oder Gas gezogen werden. Sie können durch eine Behandlung mit überhitztem Wasserdampf entfernt werden, welcher ein Nebenprodukt bei der Verbrennung von Biobrennstoff ist.
Das Gitter in dem unteren Teil der konisch geformten Ausgangsöffnung ist ein Weg, das Problem zu bewältigen, dass die zum vollständigen Verbrennen der Kohlenstoffpartikel erforderliche Zeit unter normalen Bedingungen nicht erreicht werden kann. Der Grund hierfür ist teilweise die Menge an Brennstoff und die Luftversorgung, jedoch ist es auch teilweise abhängig von den Verbindungen, welche Kohlenstoffpartikel an ihrer Oberfläche binden, ohne chemische Verbindungen auszubilden. Wenn die unverbrannten Kohlenstoffpartikel nicht durch die Oberfläche des Gitters herunterfielen, würde der Verbrennungsbereich im selben Ausmaß abnehmen, wodurch das erhöhte Volumen an Kohlenstoffpartikeln die Verbrennung nachteilig beeinflussen würde, teilweise durch erhöhte Volumen-Druck-Relationen, teilweise durch eine niedrigere Verbrennungstemperatur, was in der Praxis kürzere Verweilzeiten und einen erhöhten Ausstoß an unverbrannten Gasen und indirekt eine geringere Heizwirkung bedeuten würde.
Charakteristisch für alle Verbrennungen von Biobrennstoffen ist, dass die Gaserzeugung und die Reduktionen stets ein Gleichgewicht erreichen, welches direkt mit der Reaktionstemperatur verknüpft ist. Bei einer erfindungsgemäßen Verbrennungsvorrichtung ist die Verbrennungsluft in allen Verbrennungsbereichen außer dem Aschebereich vorgeheizt. Sie ist im Verhältnis zu der zugeführten Menge an Brennstoff in dem Verbrennungsbereich stets wohl bemessen.

Claims

Verbrennungsvorrichtung zum Verbrennen von Biobrennstoffen, zum Beispiel Pellets, Briketts, Hackschnitzel und dergleichen, umfassend eine Verbrennungskammer (1), wobei die Verbrennungskammer umfasst: einen Eingangsteil (2) für Brennstoffe mit einem Eingangsrohr (7), wobei das Eingangsrohr (7) mit einer Förderschnecke (6) für den Brennstoff ausgestattet ist; einen Mittelteil (3) und einen Ausgangsteil (4); Mittel zum Bereitstellen von Verbrennungsluft; wobei der Mittelteil (3) eine zylindrische Form aufweist, wobei der Mittelteil (3) und der Eingangsteil (2) für Brennstoff mit einer Anzahl von Öffnungen zum Aufnehmen der bereitgestellten Luft und zum Leiten der bereitgestellten Luft an die Oberfläche des Brennstoffs und in das Gasvolumen, welches durch die Verbrennung des Brennstoffs erzeugt ist, ausgestattet sind; wobei ferner der Mittelteil (3) und zumindest Teile des Ausgangsteils von einer Wärmeabschirmung (8) umgeben sind; wobei die Verbrennungskammer (1) ferner ein Rohr (9) umfasst; wobei das Rohr (9) von dem Eingangsteil (2) über die Wärmeabschirmung zu dem Ausgangsteil (4) verläuft, so dass die durch das Rohr bereitgestellte Verbrennungsluft den Ausgangsteil (4) kühlt und Wärme von dem Mittelteil (3) die bereitgestellte Verbrennungsluft vorwärmt bevor sie den Mittelteil (3) erreicht, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr und die Wärmeabschirmung (8) derart angeordnet sind, dass ein Teil der bereitgestellten Luft zuerst in den Eingangsteil (2) durch die Luftlöcher strömt und der Rest der bereitgestellten Luft durch das Rohr zu dem Ausgangsteil (4) und zurück unter die Wärmeabschirmung (8) im Wesentliche parallel zu dem Mittelteil (3) geführt wird, um schließlich durch eine Öffnung in das Mittelteil (3) zu strömen, wobei der Ausgangsteil (4) eine konische Form besitzt und mit Luftversorgungslöchern zur Aufnahme eines Teils der Luft, welche durch das Rohr (9) bereitgestellt wird, versehen ist, und dass der untere Teil des konisch geformten Ausgangsteils (4) mit einem Gitter (5) versehen ist.
Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer elektrische Zündvorrichtung (10) in dem Endteil des Eingangsrohres (7) versehen ist, um den vorwärts geführten Brennstoff zu zünden.
Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1–2, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeabschirmung (8) zumindest 2/3 des konisch geformten Ausgangsteil (4) umgibt.
Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftversorgungsöffnungen ausgestaltet sind, um einen turbulenten Luftfluss zu erzeugen.
Verbrennungsvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Öffnungen, durch welche die Luft bereitgestellt wird, ausgelegt sind, um den Luftfluss im Wesentlichen senkrecht zu der Förderrichtung der Brennstoffmenge zu lenken.
Verbrennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der bereitgestellten Luft von unter dem Gitter (5) bereitgestellt wird, wodurch die unverbrannten Partikel weggeblasen werden.
Verbrennungsvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (11) zum Bereitstellen der Luft ein Gebläse ist.