EP0473618B1 - Vorrichtung zum verbrennen von bio- und feststoffmassen - Google Patents

Vorrichtung zum verbrennen von bio- und feststoffmassen Download PDF

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EP0473618B1
EP0473618B1 EP90906909A EP90906909A EP0473618B1 EP 0473618 B1 EP0473618 B1 EP 0473618B1 EP 90906909 A EP90906909 A EP 90906909A EP 90906909 A EP90906909 A EP 90906909A EP 0473618 B1 EP0473618 B1 EP 0473618B1
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EP
European Patent Office
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chamber
fan
trough
heat shield
gas
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP90906909A
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English (en)
French (fr)
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EP0473618A1 (de
Inventor
Priska Christian
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsche Babcock Anlagen AG
Original Assignee
Christian Paul
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Christian Paul filed Critical Christian Paul
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Publication of EP0473618B1 publication Critical patent/EP0473618B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • F23G7/10—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of field or garden waste or biomasses
    • F23G7/105—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of field or garden waste or biomasses of wood waste
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D23/00—Other rotary non-positive-displacement pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/02—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment
    • F23G5/027—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment pyrolising or gasifying stage
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/32—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor the waste being subjected to a whirling movement, e.g. cyclonic incinerators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • F23G7/10—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of field or garden waste or biomasses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L5/00—Blast-producing apparatus before the fire
    • F23L5/02—Arrangements of fans or blowers

Definitions

  • the invention relates to a device for burning bio and solid masses.
  • Biomasses that are used for heating purposes are, for example, wood waste such as shavings, sawdust, grinding dust, bark, wood press pellets or wood chips, which are generated on a large scale, particularly in the woodworking industry.
  • Combustible solid masses that are used for heating purposes are, for example, wood waste pellets, sludge residues and other contaminated solids, as are found in the rest of the industry. The generation of heat from such fuels is quite problematic because of the associated environmental pollution.
  • Fluidized bed degassing is known for heat recovery from biomass (EP-A2 0 076 353).
  • the biomass is continuously fed from a conveyor to a trough arranged in a degassing chamber.
  • the degassing chamber has high temperatures so that the combustible gases can escape from the biomass. These gases burn in a flame chamber adjoining the degassing chamber.
  • the heat generated is used to heat the degassing chamber. Holes are present in the trough receiving the combustion masses, through which the air driven into the degassing chamber by means of a fan flows through the fuel in the trough.
  • Temperature regulation can be done on the one hand by changing the amount of air supplied to the flame chamber and on the other hand, by changing the amount of air supplied to the degassing chamber. Overall, the air flow ensures that the combustion gases flow into the boiler and, for example, can heat a coil of a heat exchanger through which water flows. This type of air flow partially through the fuel in the tub leads to a strong swirling of these fuels. When using wood waste, the unburned dust discharge caused by this is a major problem.
  • a device for burning organic and solid masses of the generic type is known from DE-A 27 21 237.
  • air jets are introduced tangentially to the cone surface of a fuel cone present in a combustion chamber.
  • Such a tangential introduction of air jets only achieves a certain degree of turbulence in the vicinity of the blowing point; the total amount of air or gas in the interior of the combustion or flame chamber is not set in rotation.
  • the invention is based on the object, based on the above-described prior art, of specifying a device for burning bio- and / or solid masses, with which such masses can be burned in such a way that pollutants which cause as little pollution as possible arise.
  • a corresponding device with a degassing and flame chamber, the degassing chamber also being the flame chamber, with a fireplace in this chamber for receiving the fuel and with a blower with which a helical or helical gas flow can be achieved in the chamber is accordingly in accordance with the invention thereby characterized in that the blower has an impeller with a central hub and fastened to it, which consist of mutually movable members.
  • the blower has an impeller with a central hub and fastened to it, which consist of mutually movable members.
  • an intimate swirling of the gases formed in the degassing or flame chamber is achieved. This is made possible with an extremely low supply of fir air, since essentially no air is conveyed into the chamber through the impeller, but primarily causes the air present in the chamber to be transferred to a rotating air roller.
  • a trough as a fireplace and an annular space between the side wall of the trough and the inside of the chamber wall.
  • the area above the trough is connected in terms of flow through this annular space to the area below the trough.
  • the chamber in a vertical orientation so that the air intake opening in the lower region of the chamber, below the trough, and the gas outlet opening in the upper region of the chamber can be arranged. Since the flame is pointing upwards towards the outlet opening, there is also the hottest zone in the upper area of the chamber.
  • the blower device below the trough in the lower region of the chamber can thus be arranged in the coolest region within the entire device. Overheating of the chamber is also hardly possible, since the gas released and any nitrogen gas that may be supplied from the outside, which can be, for example, recirculated flue gas, burn only partially within the device itself; the largest percentage burnout takes place in the area of the flame channel and shortly thereafter.
  • the flame channel is thus also the hottest area of the device and is conveniently located on the outflow side directly above the masses to be burned.
  • the favorable heat distribution within the device according to the invention makes it sufficient to only partially line the inside of the chamber with refractory material in the area above the trough.
  • the fan is arranged on the gas outflow side with respect to the fireplace in such a way that a helical and helical gas flow can be generated transversely to the gas flow flowing out of the fireplace.
  • the helical or helical flow required for optimal combustion can be achieved very effectively.
  • an air cushion rotates, so to speak, on the inside of the chamber wall, which creates a vortex-like column in the center of the chamber. This column extends from the trough to the flame channel in the area of the outlet opening.
  • the combustion takes place in a whirlwind gas flow in the interior the chamber.
  • the gases released during gasification are drawn from the center to the inner wall of the combustion chamber and optimally prepared for their combustion with the air supplied to the chamber from the outside.
  • the chamber for example tapering at the top, allows the bio and / or solid materials to be completely outgassed.
  • the gas mixture Due to the hurricane-like gas flow, the gas mixture is already burnt off in the upper part of the chamber. The remaining gas mixture burns in the flame channel and in the area after the outlet opening.
  • the gas mixture is prepared in such a way that a further secondary air supply is not absolutely necessary in order to ensure the good combustion shown above. Because the air supplied from the outside and possibly the returned flue gas are not pressed directly through the trough and thus through the fuel, there is no swirling of the fuel within the trough. The amount of dust that accumulates during gasification is consequently so small that it could no longer be detected as existing after the flame channel.
  • a comparable vortex-like column of fire can also be produced in the second embodiment, in which the fan is present in the exhaust gas flow on the downstream side of the fireplace. The incompletely burned particles are then also completely burned in the fire roller.
  • the burn-off with this device can be easily achieved by regulating the gas inlet openings for fresh air and flue gas recirculation by means of existing slides make.
  • the combustion process can also be controlled by changing the speed of rotation of the impeller.
  • the supplied combustion air which flows in from the outside, for example, around the drive shaft of the fan wheel, prevents strong heating of both the fan wheel and its drive motor.
  • the cooling that can be achieved is very effective since the lower region of the chamber is extremely far away from the locally hottest zones which are located in the upper region of the chamber.
  • the drive motor can thus be placed at the coolest point of the device in the first embodiment mentioned above. Even when the fan is at a standstill, the radiation heat can hardly heat up the drive motor, since the combustion air required for a slumber fire due to thermal effects in the chamber is sucked in via the inlet openings.
  • the rotating gas column inside the combustion chamber which in the first embodiment described above is caused by a correspondingly rotating introduction of outside air, creates an overpressure in the chamber.
  • the size of this overpressure can be easily determined by regulating the speed of rotation of the impeller.
  • the combustion process is operated with overpressure. Burning of the fuel is therefore about three times as fast as is possible in the prior art. This has not been possible until now, since the burn-up takes place with negative pressure in the prior art.
  • the device can be flanged to conventionally built waste heat boilers, so that the heat generated during combustion can be easily extracted.
  • the heat can be obtained through the favorable combustion process deploy very quickly.
  • the impeller is provided on the outflow side
  • the same is shielded over the surface by a heat shield so that the outflowing gases cannot heat the impeller too strongly.
  • the effect of the heat shield can also be achieved by water cooling or the like. It has proven to be advantageous to provide an opening in the wall of the chamber in the upper region thereof, in which the blower with the heat shield is then installed.
  • the diameter of the heat shield corresponds approximately to the maximum diameter of the fan, so that there is an annular gap between the heat shield and the reveal of the opening. Outside air, possibly mixed with flue gas returned by a combustion device, is introduced into the chamber through this annular gap. This supplied secondary air ensures optimal combustion of the components of the bio and / or other combustible materials that are not completely burned in the fireplace.
  • the fan and possibly also the heat shield are detachably attached to the opening.
  • the detachability is made possible, for example, by a pivotable attachment of these components to the opening.
  • the opening can be closed by a flap, a slide or the like closure member.
  • a first device 10 for burning bio and solid masses has an outer, circular cylindrical housing 12 which is formed from a steel jacket.
  • the inside of this housing 12 is covered with a refractory material 14 such as chamotte.
  • the inside 16 of the chamotte 14 is also circular cylindrical in cross section.
  • the inside Towards the top, the inside has a concentric taper 18 with respect to the longitudinal axis 20 which is centrally located in the housing 12.
  • a central opening 22 adjoins this tapered region 18, which opens into a flame channel 24.
  • a trough 26 is present in the lower region of the housing 12 and its fireclay layer 14. This trough has a circumferential side wall 28, which is also circular in plan and leaves a constant wide gap 30 to the inside 16.
  • This tube 32 together with the screw 34 present in its interior, represents a screw conveyor 36, with the aid of which the bio or solid masses intended for combustion can be conveyed into the trough 26 from the outside.
  • the screw conveyor 36 there is a channel 38 within the side wall 28.
  • a further screw 40 projects into this channel and is used to discharge the ash present in the channel.
  • This screw 40 also penetrates the housing 12.
  • the bottom 42 of the trough 26 is designed in a ramp-shaped manner 44.
  • the resulting ash is pushed into the channel 38 by the fuel material conveyed by the screw conveyor via the ramp 44.
  • the ashes are led out of this device out of the device by the screw 40 and conveyed into a collecting container, for example. So that this pan 26 does not move when the firing material is conveyed through the screw conveyor 36 into the pan 26, the pan 26 is firmly connected to the screw conveyor 36.
  • a fan housing 50 which tapers concentrically downward and is flanged to the outer steel jacket 12.
  • the base plate 52 of this housing 50 has a central opening 54. Through this opening 54, outside air and possibly flue gas recirculated via a lateral duct 56 can flow in from below the device 10 are inserted.
  • This gas (outside air, flue gas) is driven by an impeller 60 into the annular space 62 present between the side wall 28 and the inside 16, rotating about the longitudinal axis 20.
  • the impeller is attached to a shaft 64 which projects downward through the opening 54.
  • a hub 66 is fastened to this shaft, on which two rings of elements 68, 70 made up of members 72 are present.
  • the individual links 72 consist of individual eyelets which are interlinked at right angles to one another. When rotating, these elements are aligned almost horizontally, evenly, so that the horizontal rings of elements 68, 70 shown in the drawing are formed.
  • the outermost members 72 of these elements 68, 70 almost reach the housing 50.
  • the lower elements are approximately smaller in diameter than the upper ones and thus adapt to the tapering cross-sectional shape of the housing 50.
  • the lower housing opening 54 can be opened or closed to different extents by two sliders 58, 59 which can be moved in opposite directions.
  • the device 10 shown in the drawing has an interior which has a diameter of 250 mm in the region of the circular cylindrical inner wall 16.
  • the base plate 42 is about 230 mm away from the gas outlet opening 22.
  • a rotation speed of around 2000 rpm when burning wood pellets with a diameter of 60 mm around 1600 rpm when burning lumpy wood and around 2800 rpm when burning waste pellets with a diameter of 20 mm CO values mentioned at the beginning result between 0.00% and 0.02%.
  • FIG. 5 shows a second device 80 according to the invention only in its upper part.
  • a housing 82 which is formed by a steel jacket, present on the outside of a wall of refractory material 84, such as chamotte.
  • An opening 88 is provided in the upper area of the housing 12. This opening 88 is located approximately opposite a gas outlet opening 92, which opens into a flame channel 94 leading to the outside.
  • the opening 88 which is circular in cross section
  • a circular shield 96 which closes the largest cross-sectional area of this opening 88.
  • the shield 96 is covered against the interior 85 with refractory material 97.
  • the shield 96 is fastened to an angular frame 100 via webs 98 attached to the circumference of the shield 96.
  • the angular bezel is attached to the housing 12 such. B. welded or dowelled.
  • An annular gap 104 is present between the shield 96 and the reveal 102 of the opening 88.
  • the opening 88 is covered by a support plate 106.
  • This support plate 106 is circumferentially releasably attached to the angular frame 100. This releasability is made possible by several screw connections 108. Hinges (not shown) can be used to horizontally pivot the support plate 106 away from the opening 88 after loosening these screw connections 108. The then freely accessible breakthrough 88 with its shield 96 and the annular gap 104 cannot then have one further slide plate or swivel plate shown are closed.
  • a central recess 110 is provided on the support plate 106, through which a shaft 112 extends horizontally.
  • This shaft 112 can be set in rotation by a motor drive 114.
  • a hub 116 on the shaft 112 which corresponds to the hub 66 of the device 10.
  • the individual members 72 consist of individual eyelets which are interlinked at right angles to one another. When rotating - as shown in Fig. 5 - the elements align almost flat - in the present example, vertically.
  • these elements 68, 70 rotate, air is sucked in through the recess 110 and introduced into the interior 85 through the annular gap 104.
  • this air forms a helical or helical gas roller 118.
  • This gas roller 118 extends approximately horizontally through the interior 85.
  • the gases flowing upward from the interior space 85 from the fireplace and to the gas outlet opening 92 are again intimately brought into contact with oxygen by the gas roller 118 and completely burned off by the additional dwell time inside the combustion device.
  • the optimal firing results given above in connection with the device 10 also result with the aid of the device 80.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbrennen von Bio- und Feststoffmassen.
  • Biomassen, die für Heizzwecke verwendet werden, sind beispielsweise Holzabfälle wie Späne, Sägemehl, Schleifstaub, Rinde, Holzpreßpellets oder Hackschnitzel, die vor allem in der holzverarbeitenden Industrie in großem Umfang anfallen. Brennbare Feststoffmassen, die für Heizzwecke verwendet werden, sind beispielsweise Holzmüllpellets, Schlammrückstände und sonstige verunreinigte Feststoffe, wie sie in der übrigen Industrie anfallen. Die Wärmegewinnung aus derartigen Brennmaterialien ist wegen der damit verbundenen Umweltbelastung recht problematisch.
    • STAND DER TECHNIK
  • Zur Wärmegewinnung aus Biomassen ist die Fließbettentgasung bekannt (EP-A2 0 076 353). Hierbei wird die Biomasse von einer Fördereinrichtung kontinuierlich einer in einer Entgasungskammer angeordneten Wanne zugeführt. In der Entgasungskammer herrschen hohe Temperaturen, so daß die brennbaren Gase aus der Biomasse entweichen können. Diese Gase verbrennen in einer sich an die Entgasungskammer anschließenden Flammenkammer. Die hierbei entstehende Wärme wird zur Beheizung der Entgasungskammer mitbenutzt. In der die Verbrennungmassen aufnehmenden Wanne sind Löcher vorhanden, durch die die in die Entgasungskammer mittels eines Gebläses eingetriebene Luft durch das in der Wanne befindliche Brennmaterial hindurchströmt. Eine Temperaturregulierung kann einerseits durch Verändern der der Flammkammer zugeführten Luftmenge und andererseits durch Verändern der der Entgasungskammer zugeführten Luftmenge erfolgen. Durch die Luftführung wird insgesamt errecht, daß die Verbrennungsgase in den Brennkessel einströmen und dort beispielsweise eine von Wasser durchflossene Rohrschlange eines Wärmetauschers erwärmen können. Diese Art der Luftführung teilweise durch die Brennmaterialien in der Wanne hindurch führt zu einer starken Verwirbelung dieser Brennmaterialien. Bei der Verwendung von Holzabfällen stellt der dabei verursachte nicht verbrannte Staubaustrag ein grosses Problem dar.
  • Eine Vorrichtung zum Verbrennen von Bio- und Feststoffmassen der gattungsgemäßen Art ist aus der DE-A 27 21 237 bekannt. Bei dieser Vorrichtung werden Luftstrahlen tangential zur Kegeloberfläche eines in einer Brennkammer vorhandenen Brennstoffkegels eingeleitet. Durch ein derartiges tangentiales Einleiten von Luftstrahlen wird lediglich eine gewisse Turbulenz im Umfeld der Einblasstelle erreicht; die gesamte Luft- bzw. Gasmenge im Innenraum der Brenn- bzw. Flammkammer wird nicht in Rotation versetzt.
    • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik eine Vorrichtung zum Verbrennen von Bio- und/oder Feststoffmassen anzugeben, mit der derartige Massen so verbrannt werden können, daß möglichst wenig umweltbelastende Schadstoffe entstehen.
  • Diese Erfindung ist durch die Merkmale des Hauptanspruchs gegeben. Eine dementsprechende Vorrrichtung mit einer Entgasungs- und Flammkammer, wobei die Entgasungskammer auch die Flammkammer ist, mit einer Feuerstätte in dieser Kammer zur Aufnahme der Brennmaterialien und mit einem Gebläse, mit dem in der Kammer eine schrauben- oder schneckenförmige Gasströmung erzielbar ist, ist erfindungsgemäß dementsprechend dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse ein Gebläserad mit einer zentralen Nabe und daran befestigten Elementen besitzt, die aus gegenseitig beweglichen Gliedern bestehen.In einer mit einem derartigen Gebläse ausgestatteten erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine innige Verwirbelung der in der Entgasungs- bzw. Flammkammer sich bildenden Gase erreicht. Dies wird dabei mit einer äußerst geringen Firschluftzufuhr ermöglicht, da durch das Gebläserad im wesentlichen keine Luft in die Kammer hineingefördert sondern primär bewirkt wird, daß die in der Kammer vorhandene Luft in eine rotierende Luftwalze überführt wird.
  • Messungen haben ergeben, daß dadurch die durch die Austrittsöffnung der Kammer hindurchreichende Brennflamme rußfrei ist und praktisch keine Staubbeladung mehr aufweist. Bei einem Verbrennen von Holzpellets mit einem Durchmesser von 60 mm und von stückigem Holz mit den Abmessungen
    60 x 60 x 30 (50) mm, sowie von Müllpellets mit einem Durchmesser von 20 mm haben Messungen in einer an den Flammkanal sich anschließenden Rohrleitung zu CO-Werten von 0,00 % bis 0,02 % geführt; ein Zeichen dafür, daß eine vollständige Verbrennung stattgefunden hatte.
  • Diese Ergebnisse werden auch durch das Flammbild der Brennflamme gestützt; das Flammbild ist im Bereich der Austrittsöffnung mit dem einer optimal eingestellten Ölbrennerflamme vergleichbar.
  • Bei einer ersten Ausführungform der erfinderischen Vorrichtung zum Verbrennen von Bio- und Feststoffmassen sind eine Wanne als Feuerstätte sowie ein Ringraum zwischen der seitlichen Wand der Wanne und der Innenseite der Kammerwand vorhanden. Durch diesen Ringraum hindurch ist der Bereich oberhalb der Wanne mit dem Bereich unterhalb der Wanne strömungsmäßig verbunden. Unterhalb der Wanne ist das Gebläse vorhanden, mit dem die in den Bereich zwischen der Wanne von außen angesaugte Luft durch den Ringraum derart hindurchgetrieben werden kann, daß die Luft die Wandung der Wanne schrauben- oder schneckenförmigumströmt.
  • Als günstig hat es sich herausgestellt, die Kammer in vertikaler Ausrichtung auszubilden, so daß die Luft-Ansaugöffnung im unteren Bereich der Kammer, unterhalb der Wanne, und die Gas-Austrittsöffnüng im oberen Bereich der Kammer angeordnet werden können. Da die Brennflamme nach oben in Richtung zu der Austrittsöffnung zeigt, ist auch die heißeste Zone im oberen Bereich der Kammer vorhanden. Die unterhalb der Wanne im unteren Bereich der Kammer vorhandene Gebläseeinrichtung kann damit im kühlsten Bereich innerhalb der gesamten Vorrichtung angeordnet werden. Eine Überhitzung der Kammer ist ferner kaum möglich, da das freiwerdende Gas und das ggf. von außen zugeführte Stickgas, das beispielsweise rückgeführtes Rauchgas sein kann, nur teilweise innerhalb der Vorrichtung selber verbrennen; der prozentual größte Ausbrand findet im Bereich des Flammkanals und kurz danach statt. Der Flammkanal ist damit auch der heißeste Bereich der Vorrichtung und befindet sich in günstiger Weise abströmseitig direkt oberhalb der zu verbrennenden Massen.
  • Die günstige Hitzeverteilung innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung macht es ausreichend, die Innenseite der Kammer lediglich teilweise im Bereich oberhalb der Wanne mit feuerfestem Material auszukleiden.
  • Nach einer anderen, ganz wesentlichen Weiterbildung der Erfindung ist das Gebläse bezüglich der Feuerstätte gasabströmseitig derart angeordnet, daß eine schrauben- und schneckenförmige Gasströmung quer zu der von der Feuerstätte abströmenden Gasströmung erzeugt werden kann. Diese Ausführungsform basiert damit auf der Erkenntnis, daß auch bei einer im Stand der Technik bekannten Feuerstätte sich die vorstehend erwähnte rußfreie und praktisch keine Staubbeladung aufweisende Brennflamme dadurch erzeugen läßt, daß oberhalb der Feuerstätte eine schrauben- bzw. schneckenförmige Gasströmung bewirkt wird. Es wird dadurch gleichsam eine Feuerwalze in der Brennkammer erzeugt, die für die angestrebte optimale Verbrennung sorgt.
  • Mit dem Gebläserad kann auf sehr wirkungsvolle Weise die für das optimale Verbrennen erforderliche schnecken- bzw. schraubenförmige Strömung erreicht werden. Bei der ersten Ausführungsform, bei der das Gebläse zuströmseitig vor bzw. unterhalb der Feuerstätte vorhanden ist, rotiert dann gewissermaßen an der Innenseite der Kammerwandung ein Luftpolster, das im Zentrum der Kammer eine strudelartige, luftleere Säule erzeugt. Diese Säule erstreckt sich von der Mulde bis zum Flammkanal im Bereich der Austrittsöffnung. Die Verbrennung erfolgt so in einer wirbelsturmartigen Gasströmung im Innenraum der Kammer. Die beim Vergasen freiwerdenden Gase werden vom Zentrum zur Innenwand der Brennkammer gesogen und mit der der Kammer von außen zugeführten Luft optimal für ihre Verbrennung aufbereitet. Die sich beispielsweise oben glockenförmig verjüngende Kammer läßt so die Bio- und/oder Feststoffmassen total ausgasen. Durch die wirbelsturmartige Gasführung findet bereits im oberen Teil der Kammer ein ersten Abbrand des Gasgemisches statt. Das restliche Gasgemisch brennt im Flammkanal und im Bereich nach der Austrittsöffnung ab. Das Gasgemisch ist dabei so aufbereitet, daß eine weitere sekundäre Luftzuführung nicht unbedingt erforderlich ist, um den oben aufgezeigten guten Abbrand zu gewährleisten. Dadurch, daß die von außen zugeführte Luft und ggf. das rückgeführte Rauchgas nicht direkt durch die Wanne und damit durch das Brennmaterial hindurchgedrückt werden, findet eine Verwirbelung des Brennmaterials innerhalb der Wanne nicht statt. Der beim Vergasen anfallende Staubanteil ist mengenmäßig folglich derart geringfügig, daß er im Anschluß an den Flammkanal nicht mehr als existent nachgewiesen werden konnte.
  • Eine verleichbare strudelartige Feuersäule läßt sich auch bei der zweiten Ausführungsform erzeugen, bei der das Gebläse abströmseitig zur Feuerstätte im Abgasstrom vorhanden ist. In der Feuerwalze werden dann ebenfalls die nicht vollständig abgebrannten Partikel vollständig verbrannt.
  • Ebenso wie das Zuführen von Außenluft ist eine Zuführung von Rauchgas problematisch, das bei einem Verbrennungsprozeß, der der vorliegende sein kann, entstanden ist. Die rückzuführenden Rauchgase werden mit dem Gebläse in die Kammer geführt. Im Rauchgas vorhandene NOx-Werte können somit günstig beeinflußt werden.
  • Der mit dieser Vorrichtung erfolgende Abbrand läßt sich durch Regulierung der Gaseintrittsöffnungen für die Frischluft und Rauchgasrückführung mittels vorhandener Schieber problemlos vornehmen.
  • Der Verbrennungsprozeß läßt sich ferner durch Verändern der Rotationsgeschwindigkiet des Gebläserades steuern.
  • Die zugeführte Verbrennungsluft, die beispielsweise von außen um die Antriebswelle des Gebläserades herum einströmt, verhindert ein starkes Erwärmen sowohl des Gebläserades als auch seines Antriebsmotors. Die erzielbare Kühlung ist sehr wirkungsvoll, da der untere Bereich der Kammer von den örtlich heißesten Zonen, die sich im oberen Bereich der Kammer befinden, extrem weit entfernt ist. Der Antriebsmotor kann damit bei der vorstehend erwähnten ersten Ausführungsart an der kühlsten Stelle der Vorrichtung plaziert werden. Auch bei Stillstand des Geläses kann die Abstrahlwärme den Antriebsmotor kaum erwärmen, da die für einen Schlummerbrand durch Thermik in der Kammer benötigte Verbrennungsluft über die Eintrittsöffnungen angesaugt wird.
  • Durch die rotierende Gassäule im Inneren der Brennkammer, die bei der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsart durch ein entsprechend rotierendes Einleiten von Außenluft bewirkt wird, entsteht in der Kammer ein Überdruck. Die Größe dieses Überdruckes kann durch Regulierung der Umdrehungsgeschwindigkeit des Gebläserades auf einfache Weise festgelegt werden. Infolge dieses Überdruckes wird der Verbrennungsprozeß mit Überdruck gefahren. Ein Abbrand der Brennmaterialien ist daher etwa dreimal so schnell wie er beim Stand der Technik möglich ist. Dies ist bisher nicht möglich gewesen, da der Abbrand im Stand der Technik mit Unterdruck stattfindet.
  • Die Vorrichtung kann an herkömmlich gebaute Abhitzekessel angeflanscht werden, so daß dadurch eine problemlose Gewinnung der beim Abbrand entstehenden Wärme erfolgen kann. Die Wärmegewinnung kann dabei durch den günstigen Verbrennungsprozeß sehr rasch einsetzen.
  • Bei der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform, bei der das Gebläserad abströmseitig vorhanden ist, wird dasselbe von einem Hitzeschild flächig abgeschirmt, damit die abströmenden Gase das Gebläserad nicht zu stark aufheizen können. Die Wirkung des Hitzeschildes kann auch erzielt werden durch eine Wasserkühlung oder dergleichen. Als günstig hat es sich dabei herausgestellt, in der Wandung der Kammer in deren oberen Bereich einen Durchbruch vorzusehen, in den dann das Gebläse mit dem Hitzeschild eingebaut wird. Der Durchmesser des Hitzeschildes entspricht dabei etwa dem maximalen Durchmesser des Gebläses, so daß zwischen dem Hitzeschild und der Laibung des Durchbruchs ein Ringspalt vorhanden ist. Durch diesen Ringspalt wird Außenluft, ggf. mit von einer Brennvorrichtung rückgeführtem Rauchgas vermischt, in die Kammer eingeführt. Diese zugeführte Sekundärluft sorgt für eine optimale Verbrennung der in der Feuerstätte nicht vollständig verbrannten Bestandteile der Bio- und/oder sonstigen Brennmaterialien.
  • Beispielsweise zu Montage- oder Reparaturzwecken ist das Gebläse und ggf. auch das Hitzeschild lösbar an dem Durchbruch befestigt. Die Lösbarkeit wird beispielsweise durch eine schwenkbare Befestigung dieser Bauteile an dem Durchbruch ermöglicht. Um auch im wegbewegten Zustand des Gebläses und ggf. des Hitzeschildes den Betrieb der Feuerstätte aufrecht zu erhalten, kann der Durchbruch durch eine Klappe, einen Schieber oder dergleichen Verschlußorgan verschlossen werden.
  • Weitere Mermale und Vorteile der Erfindung sind den in den Ansprüchen weiterhin aufgeführten Merkmalen sowie den nachfolgenden Ausführungsbeispielen zu entnehmen.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen vertikalen Schnitt durch eine erste erfindungsgemäße Vorrichtung,
    Fig. 2
    einen Querschnitt längs der Linie I-I der Fig. 1,
    Fig. 3
    einen Längsschnitt gemäß Linie III-III in Fig. 1 und Fig. 2 und
    Fig. 4
    einen Längsschnitt gemäß Linie IV-IV in Fig. 1 und Fig. 2,
    Fig. 5
    einen vertikalen Teilschnitt durch eine zweite erfindungsgemäße Vorrichtung.
    WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Eine erste erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zum Verbrennen von Bio- und Feststoffmassen besitzt ein äußeres, kreiszylindrisches Gehäuse 12, das aus einem Stahlmantel gebildet ist. Die Innenseite dieses Gehäuses 12 ist mit einem feuerfesten Material 14 wie beispielsweise Schamotte verkleidet. Im unteren Bereich der Vorrichtung ist die Innenseite 16 der Schamotte 14 ebenfalls im Querschnitt kreiszylindrisch ausgebildet. Nach oben hin weist die Innenseite eine konzentrische Verjüngung 18 zu der im Gehäuse 12 zentrisch vorhandenen Längsachse 20 auf. An diesen verjüngten Bereich 18 schließt sich eine zentrische Öffnung 22 an, die in einen Flammkanal 24 einmündet.
  • Im unteren Bereich des Gehäuses 12 und seiner Schamotteschicht 14 ist eine Wanne 26 vorhanden. Diese Wanne weist eine umlaufende Seitenwandung 28 auf, die im Grundriß ebenfalls kreisförmig ist und einen konstant breiten Spalt 30 zur Innenseite 16 freiläßt.
  • Durch diese Seitenwandung 28 dringt ein durch das Gehäuse 12 seitlich hindurchragendes Rohr 32 hindurch. Dieses Rohr 32 stellt zusammen mit der in seinem Inneren vorhandenen Schnekke 34 einen Schneckenförderer 36 dar, mit Hilfe dessen von außen die zum Verbrennen vorgesehene Bio- bzw. Feststoffmassen in die Wanne 26 hineingefördert werden können.
  • Dem Schneckenförderer 36 gegenüberliegend ist eine Rinne 38 innerhalb der Seitenwandung 28 vorhanden. In diese Rinne ragt eine weitere Schnecke 40 hinein, die zum Austragen der in der Rinnen vorhandenen Asche verwendet wird. Auch diese Schnecke 40 durchringt das Gehäuse 12. In Richtung zu dieser Rinne 38 hin ist der Boden 42 der Wanne 26 rampenförmig 44 ausgebildet. Beim Abbrennen der in der Wanne 26 vorhandenen Brennmassen wird die dabei entstehende Asche durch das durch den Schneckenförderer nachgeförderte Brennmaterial über die Rampe 44 in die Rinne 38 hineingeschoben. Aus dieser Rinne wird die Asche durch die Schnecke 40 aus der Vorrichtung herausgeführt und beispielsweise in einen Sammelbehälter hinein gefördert. Damit sich beim Fördern von Brenngut durch den Schneckenförderer 36 in die Wanne 26 hinein diese Wanne 26 nicht verschiebt, ist die Wanne 26 mit dem Schneckenförderer 36 fest verbunden.
  • Unterhalb des Bodens 42 der Wanne 26 ist ein sich nach unten hin konzentrisch verjüngendes Gebläsegehäuse 50 vorhanden, das an dem äußeren Stahlmantel 12 angeflanscht ist. Die Bodenplatte 52 dieses Gehäuses 50 weist eine zentrische Öffnung 54 auf. Durch diese Öffnung 54 kann Außenluft und ggf. über einen seitlichen Kanal 56 rückgeführtes Rauchgas von unten in die Vorrichtung 10 eingeführt werden.
  • Dieses Gas (Außenluft, Rauchgas) wird durch ein Gebläserad 60 in den zwischen der Seitenwandung 28 und der Innenseite 16 vorhandenen Ringraum 62, dabei um die Längsachse 20 rotierend, eingetrieben. Das Gebläserad ist an einer durch die Öffnung 54 nach unten hindurchragenden Welle 64 befestigt. An dieser Welle ist eine Nabe 66 befestig, and der zwei Kränze von Elementen 68, 70 aus gliedern 72 vorhanden sind. Die einzelnen glieder 72 bestehen aus einzelnen Ösen, die rechtwinklig zueinander ineinandergehängt sind. Beim Rotieren richten sich diese Elemente nahezu horizontal, ebenflächig aus, so daß die in der Zeichnung dargestellten horizontalen Kränze von Elementen 68, 70 entstehen. Die äußersten Glieder 72 dieser Elemente 68, 70 reichen fast bis an das Gehäuse 50 heran. Die unteren Elemente sind im Durchmesser etwa kleiner als die oberen und passen sich so der sich verjüngenden Querschnittsform des Gehäuse 50 an.
  • Die untere Gehäuseöffnung 54 läßt sich durch zwei gegenläufig bewegbare Schieber 58, 59 unterschiedlich weit öffnen bzw. verschließen.
  • Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung 10 weist einen Innenraum auf, der im Bereich der kreiszylindrischen Innenwand 16 einen Durchmesser von 250 mm aufweist. Die Bodenplatte 42 ist dabei von der Gasaustrittsöffnung 22 etwa 230 mm entfernt. Bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von etwa 2000 U/min beim Verbrennen von Holzpellets im Durchmesser von 60 mm, von etwa 1600 U/min beim Verbrennen von stückigem Holz und von etwa 2800 U/min beim Verbrennen von Müllpellets mit einem Durchmesser von 20 mm haben sich die eingangs erwähnten CO-Werte zwischen 0,00 % und 0,02 % ergeben.
  • In Fig. 5 ist eine zweite erfindungsgemäße Vorrichtung 80 lediglich in ihrem oberen Teilbereich dargestellt. Auch hier ist ein Gehäuse 82, das von einem Stahlmantel gebildet wird, an der Außenseite von einer Wandung aus feuerfestem Material 84, wie beispielsweise Schamotte, vorhanden.
  • Im nicht dargestellten unteren Bereich des von dem Gehäuse 82 bzw. dem feuerfesten Material umgebenden Innenraum 85 ist eine ebenfalls nicht dargestellte Feuerstätte vorhanden, die entweder so wie in den Fig. 1 bis 4 dargestellt aussehen kann; sie kann aber auch eine sonstige, im Stand der Technik bekannte Feuerstätte sein.
  • Im oberen Bereich des Gehäuses 12 ist ein Durchbruch 88 vorhanden. Dieser Durchbruch 88 liegt etwa gegenüber einer Gasaustrittsöffnung 92, die in einen nach außenführenden Flammkanal 94 einmündet.
  • Innerhalb des im Querschnitt kreisförmigen Durchbruches 88 ist ein ebenfalls kreisförmiges Schild 96 vorhanden, das den größten Querschnittsbereich dieses Durchbruchs 88 verschließt. Das Schild 96 ist gegen den Innenraum 85 hin mit feuerfestem Material 97 belegt. Über am Umfang des Schildes 96 angebrachte Stege 98 ist das Schild 96 an einer winkelförmigen Einfassung 100 befestigt. Die winkelförmige Einfassung ist an dem Gehäuse 12 befestigt wie z. B. angeschweißt oder angedübelt.
  • Zwischen dem Schild 96 und der Laibung 102 des Durchbruches 88 ist so ein Ringspalt 104 vorhanden. Auf der bezüglich des Innenraumes 85 abgekehrten Seite des Schildes 96 wird der Durchbruch 88 von einer Tragplatte 106 abgedeckt. Diese Tragplatte 106 ist umfänglich an der winkelförmigen Einfassung 100 lösbar befestigt. Diese Lösbarkeit wird durch mehrere Schraubverbindungen 108 ermöglicht. Über nicht dargestellte Scharniere läßt sich nach Lösen dieser Schraubverbindungen 108 die Tragplatte 106 von dem Durchbruch 88 horizontal wegschwenken. Der dann frei zugängliche Durchbruch 88 mit seinem Schild 96 und dem Ringspalt 104 kann dann über eine nicht dargestellte weitere Schieberplatte oder Schwenkplatte verschlossen werden.
  • An der Tragplatte 106 ist eine mittige Aussparung 110 vorhanden, durch die eine Welle 112 horizontal hindurch reicht. Diese Welle 112 kann von einem motorischen Antrieb 114 in Umdrehung versetzt werden. An ihrem freien Ende ist auf der Welle 112 eine Nabe 116 vorhanden, die der Nabe 66 der Vorrichtung 10 entspricht. Auch an dieser Nabe 116 sind zwei Kränze von Elementen 68, 70 aus gliedern 72 vorhanden. Die einzelnen glieder 72 bestehen ebenso wie bei dem Gebläserad 60 aus einzelnen Ösen, die rechtwinklig zueinander ineinandergehängt sind. Beim Rotieren - so wie in Fig. 5 dargestellt - richten sich die Elemente nahezu ebenflächig - in vorliegendem Beispielsfall senkrecht - aus. Beim Rotieren dieser Elemente 68, 70 wird Luft durch die Aussparung 110 angesaugt und durch den Ringspalt 104 in den Innenraum 85 eingeleitet. Diese Luft, bildet strömungsmäßig eine schrauben- oder schneckenförmige Gaswalze 118. Diese Gaswalze 118 erstreckt sich etwa horizontal durch den Innenraum 85 hindurch. Die aus dem Innenraum 85 von der Feuerstätte nach oben und zur Gasaustrittsöffnung 92 hinströmenden Gase werden so durch die Gaswalze 118 noch einmal innig mit Sauerstoff in Berührung gebracht und durch die zusätzliche Verweilzeit im Inneren der Brennvorrichtung vollständig abgebrannt. Auch mit Hilfe der Vorrichtung 80 ergeben sich so die vorstehend im Zusammenhang mit der Vorrichtung 10 angegebenen optimalen Brennergebnisse.

Claims (15)

  1. Vorrichtung zum Verbrennen von Bio- und/oder Feststoffmassen, mit
    - einer Entgasungs- und Flammkammer, wobei die Entgasungskammer auch die Flammkammer (12, 82) ist,
    - einer Feuerstätte in dieser Kammer zur Aufnahme der Brennmaterialien und
    - einem Gebläse (60, 68, 70), mit dem in der Kammer (12, 82) eine schrauben- oder schneckenförmige Gasströmung erzielbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß
       - das Gebläse ein Gebläserad (60) mit einer zentralen Nabe (66, 116) und daran befestigten Elementen (68, 70, 72) besitzt, die aus gegenseitig beweglichen Gliedern bestehen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    - eine Wanne (26) als Feuerstätte vorhanden ist,
    - ein Ringraum (62) zwischen der seitlichen Wand (28) der Wanne (26) und der Innenseite (16) der Kammerwand (16) vorhanden ist,
    - durch diesen Ringraum (62) hindurch der Bereich oberhalb der Wanne mit dem Bereich unterhalb der Wanne strömungsmäßig verbunden ist,
    - unterhalb der Wanne (26) ein Gebläse (60) vorhanden ist, mit dem die in den Bereich unterhalb der Wanne von außen angesaugte Luft durch den Ringraum (62) derartig durchtreibbar ist, daß die Luft die Wandung (28) der Wanne (26) schrauben- oder schneckenförmig umströmt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß
       - die Kammer (12) in vertikaler Ausrichtung ausgebildet ist, wobei eine Luft-Ansaugöffnung (54) im unteren Bereich der Kammer (12), unterhalb der Wanne (26), und eine Gas-Austrittsöfnnung (22) im oberen Bereich der Kammer (12) angeordnet sind,
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß der der Kammer zugeführten Außenluft von einer Brennvorrichtung rückgeführtes Rauchgas beigemischt ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
       - das Gebläse (68, 70) gasabströmseitig zur Feuerstätte derart vorhanden ist, daß eine schrauben- oder schnekkenförmige Strömung (118) quer zu der von der Feuerstätte abströmenden Gasströmung erzeugbar ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß außen an der Nabe (66, 116) mehrere, insbesondere über den Umfang der Nabe gleichmäßig verteilte Elemente (68, 70) angehängt sind, die je mehrere, nach Art von Kettenstücken mit gegenseitiger Beweglichkeit aneinandergehängte Glieder (72) besitzen.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Glieder (72) in zwei oder mehreren parallel zueinander angeordneten Kränzen von Elementen (68, 70) vorhanden sind.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Kränze durch scheibenflächige Elemente beweglich verbunden und aneinandergekoppelt sind.
  9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläserad (60, 68, 70) von einem Hitzeschild (96, 97) flächig abgeschirmt oder wassergekühlt ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Wanne als Hitzeschild ausgebildet ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (68, 70) im oberen Bereich der Kammer (82) so angeordnet ist, daß die durch das Gebläse erzeugte schrauben- oder schneckenförmige Gasströmung (118) in etwa senkrecht zu der von der Feuerstätte wegströmenden Gasströmung vorhanden ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    - in der Wandung der Kammer (82) in deren oberem Bereich ein Durchbruch (88) vorhanden ist,
    - an bzw. in diesem Durchbruch (88) das Gebläse (68, 70) mit dem Hitzeschild (96, 97) vorhanden ist,
    - der Durchmesser des Hitzeschildes (96, 97) in etwa dem maximalen Durchmesser des Gebläses (68, 70) entspricht,
    - zwischen dem Hitzeschild (96, 97) und der Laibung (102) des Durchbruches (88) ein Ringspalt (104) vorhanden ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (68, 70) und das Hitzeschild (96, 96), zusammen oder getrennt, lösbar an dem Durchbruch (88) oder wegschwenkbar von demselben befestigt sind.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet, daß im wegbewegten Zustand des Gebläses (68, 70) von dem Durchbruch (88) dieser Durchbruch durch eine Klappe oder einen Schieber verschließbar ist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß ein regelbarer elektrischer Antrieb (114) für das Gebläserad (60, 68, 70) vorhanden ist.
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