EP1085259B1 - Vorrichtung zum Verbrennen biogener Brennstoffe - Google Patents

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EP1085259B1
EP1085259B1 EP20000115970 EP00115970A EP1085259B1 EP 1085259 B1 EP1085259 B1 EP 1085259B1 EP 20000115970 EP20000115970 EP 20000115970 EP 00115970 A EP00115970 A EP 00115970A EP 1085259 B1 EP1085259 B1 EP 1085259B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
combustion
combustion chamber
gas duct
grate
primary
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP20000115970
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1085259A1 (de
Inventor
Werner Atzenhofer
Herbert Dorrer
Klaus Mandl
Hans Neuschitzer
Franz Wehinger
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.)
LIGNOTECH Entwicklung von Biomassefeuerungsanlagen GmbH
Original Assignee
LIGNOTECH Entwicklung von Biomassefeuerungsanlagen GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by LIGNOTECH Entwicklung von Biomassefeuerungsanlagen GmbH filed Critical LIGNOTECH Entwicklung von Biomassefeuerungsanlagen GmbH
Priority to AT00115970T priority Critical patent/ATE257928T1/de
Priority to DE20023308U priority patent/DE20023308U1/de
Publication of EP1085259A1 publication Critical patent/EP1085259A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1085259B1 publication Critical patent/EP1085259B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23B—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
    • F23B5/00—Combustion apparatus with arrangements for burning uncombusted material from primary combustion
    • F23B5/04—Combustion apparatus with arrangements for burning uncombusted material from primary combustion in separate combustion chamber; on separate grate

Definitions

  • the invention relates to a device for burning biogenic fuels in lumpy shape with a primary combustion chamber in which the primary combustion takes place and which comprises a grate on its underside and a structurally separate one Secondary combustion chamber in which the burnout takes place, whereby a Fuel gas duct to connect the primary combustion chamber and the secondary combustion chamber is provided.
  • Firing systems with primary combustion chambers and secondary combustion chambers, in which the burnout occurs are on the one hand in the form of so-called Known fire boilers known. These are the secondary combustion chamber or burnout chamber arranged below the primary combustion chamber. In the bottom plate the primary combustion chamber is provided with a central slot through which the Fuel gases are sucked into the burnout chamber. These are boilers very effective and there is a safe ignition of the carbonization gases, as these on flow through the ember bed on their way to the burnout chamber. flames demolitions thus hardly occur.
  • it is a disadvantage of these fall fire boilers that separation of the combustion residues in the form of ash from the unburned Charcoal is not possible. When emptying the primary combustion chamber unburned material is also removed. In addition, this is emptying relatively complex for the user.
  • Have conventional fall fire boilers further the disadvantage of a relatively short service life (max. 5 years) and the long one Replacement cost of the refractory floor.
  • the so-called grate boilers are also known. With these is the base plate the primary combustion chamber is designed as a grate or in the base plate of the primary combustion chamber a grate is provided and the secondary combustion chamber is on the side or arranged at the rear next to the primary combustion chamber.
  • the primary combustion chamber and the secondary combustion chamber are connected to each other by a fuel gas channel connected by an opening at the level of the grate in the side wall of the Primary combustion chamber goes out and opens into the secondary combustion chamber.
  • This Grate boilers therefore have a simple and effective ash removal option, are particularly problematic fuels such as fir and Spruce is not particularly reliable. It comes more often than with the fall fire boiler to flame breaks, because the embers necessary for ignition in front of the Combustion gas channel burns out.
  • Grate boilers of the type mentioned at the outset are, for example, from EP 798 510 A2 and CH 671 822 A5.
  • the object of the invention is to provide a device of the type mentioned at the outset which combines the advantages of the conventional grate boiler with those of the lint fire boiler or avoids the above-mentioned respective disadvantages, and according to the invention this is achieved in a device of the type mentioned at the outset in that the inflow region of the fuel gas duct is arranged in the central region of the primary combustion chamber, viewed in plan view.
  • the inflow region of the fuel gas channel is advantageously arranged approximately centrally in the primary combustion chamber.
  • the main embers and thus the hottest area of the primary combustion chamber are located in this area. The ignition of the fuel gases from this area is ensured.
  • the grate provides a simple and effective way of ash removal.
  • the device according to the invention ensures operational reliability, particularly with problematic fuels such as spruce and fir, which tend to be pitted.
  • the device according to the invention can also be operated reliably in part-load operation up to below 50% of the nominal output. According to the current state of the art, this is only suitable for lintel fired boiler designs, while grate furnaces are unsuitable for partial load operation below 75% of the nominal load.
  • the first embodiment shown in Figures 1 to 6 of an inventive The device comprises a primary combustion chamber 2, which has an internal combustion chamber upper area of the primary combustion chamber (above that shown in the figures Part of the furnace) provided filling door with biogenic fuels in lumpy form can be filled.
  • biogenic fuels in lumpy form can be filled.
  • Different fuels with a water content between 5 and 25% are suitable, such as. B. hardwood or softwood in lumpy shape, coarse chips, wood waste from the woodworking industry and industry, compacts and coal, with almost equally good combustion values and high efficiencies can be achieved.
  • the underside of the primary combustion chamber 2 is in the form of a grate 1 Step rust formed.
  • The is located directly on or above it Area of the ember bed.
  • Below the grate 1 is the ash chamber 4, the is accessible through the ash door 5.
  • a pivotable around a horizontal axis Front grate 6 prevents the fuels from falling out Embers when opening the ash door.
  • the step 7 in the grate 1 formed as a cast part is formed by an inclined surface, the two sections of the Grid 1 connects.
  • the connection between the primary combustion chamber 2 and the secondary combustion chamber 3 is formed by a fuel gas duct formed as a sheet metal part 36 8 formed. This opens at a distance from the side boundaries the primary combustion chamber in the area of the ember bed into the primary combustion chamber, in step 7.
  • the inflow region 9 of the fuel gas channel 8 is thus, as can be seen from Fig. 2, seen in plan view in the middle the primary combustion chamber 2 arranged.
  • the inflow region 9 of the fuel gas channel 8 is open at the top, the angle to the vertical between 30 ° and 60 °, preferably 40 °.
  • the fuel gas channel 8 runs between the Primary combustion chamber 2 and the secondary combustion chamber 3 horizontally and opens out slightly tangential into the secondary combustion chamber 3, resulting in swirling in this leads.
  • the secondary combustion chamber 3 is made of a refractory material 10 lined, preferably in the lower area and on the combustion chamber floor 11 with fireclay elements, further above with an insulating material (preferably consisting made of ceramic fiber).
  • the burned-out combustion gases are in the follow again through heat exchanger tubes 12 while heating water 13 led down into a collection area and preferably by means of a blower dissipated in a conventional manner.
  • the primary air for primary combustion is controlled by a conventional primary air control 14 supplied with regulating wheel and servomotor.
  • the primary air arrives in the space 16 delimited by the primary air distribution plate 15 and further by vertical arranged primary air pipes 17 in the rooms 18, each between one Chamber wall and a (in plan view U-shaped air baffle 19, wherein the base legs of the air baffles 19 lateral boundaries of the primary chamber form.
  • In the air baffles 19 there are 1 air outlet openings above the grate 20 provided, partially in front of the rear wall 21 and in the ash door 5 are arranged, whereby primary air parallel to the firewood fiber is feedable.
  • the part of the led through a cavity in the ash door 5 Primary air enters channel 22 through it.
  • About the baffle 23 is further a partial flow of the primary air led in front of the filling door (which also leads to the risk of deflagration ) Is reduced.
  • the primary air flow in the air baffles 19 largely prevents the formation of tar deposits on the water-cooled chamber walls 21, 24 and cools the air baffles.
  • the primary air supply is through the primary air tubes 17 protected from contaminants that are in the lower area of the Store air baffles 19.
  • the heat dissipation from primary combustion, which is slowed down due to the air baffles 19 on the heat transfer medium also has a positive effect on the part-load behavior of the boiler, since the ember temperature is significantly lower in part-load operation than in nominal load operation.
  • partial load operation in which low furnace temperatures, especially in the water-cooled upper part of the filling shaft, the moist exhaust gases lead to deposits of tar vapors on the cold boiler walls. Insulating soot forms on the Walls run down and then on the hot air baffles 19 is burned.
  • the primary air volume is dependent on the calculated target temperature (exhaust gas temperature minus boiler temperature) by an actuator with a regulating disc controlled.
  • the primary air share is approx. 75% of the total air volume.
  • the primary combustion takes place sub-stoichiometrically - air ratio approx. 0.8 - and the unburned fuel gases are led into the secondary combustion chamber through the horizontally arranged fuel gas channel 8, which removes the gases from the middle of the grate area.
  • a NO x reduction occurs up to 50%.
  • the inflow area of the fuel gas duct in conventional designs also called inlet nozzle, is opened at an angle of 40 ° upwards.
  • Such an opening, through which the embers present at the top and on the side are used is preferred to be in connection with the central arrangement of the fuel gas duct in the grate area to ensure that the necessary embers are present for the safe ignition of the fuel gases, so that none Flame breakdown can take place.
  • the outlet area or the outlet nozzle of the fuel gas channel 8 opens offset to the vertical longitudinal axis of the secondary combustion chamber 3 in this, so that the Fuel gases are guided tangentially into the secondary combustion chamber and one Turbulence is reached.
  • the secondary air passes through the secondary air control 25 into the secondary air baffle 26 delimited space 27.
  • the secondary air baffle 26 has an opening for the passage of the fuel gas channel 8.
  • the secondary air is from space 27 on the outside of the fuel gas channel 8 to the secondary combustion chamber 3 led, the secondary air admixture to the fuel gases at the end of the fuel gas channel facing the secondary combustion chamber 3 8 takes place.
  • the grate 1 is formed here by an insert part, which in its from the Area facing away from the secondary combustion chamber 3, which has grate openings 28. In its area facing the secondary combustion chamber, this insert forms a support for a firebrick 29 that the fuel gas channel 8 limited its bottom. Furthermore, firebricks lie on this insert 30, 31, which laterally limit the fuel gas channel 8. The firebricks 30, 31 also form a support for a cover plate 32, which is on the fuel gas channel 8 facing shoulders 33 rests on the firebricks 30, 31. The inflow region of the fuel gas channel 8 is in turn in this way in one middle area of the primary combustion chamber 2, obliquely upwards open and is a few centimeters above the grate 1.
  • the fuel gas duct 8 further leads tangentially through a nozzle-like part 34 into the secondary combustion chamber, again channels 35 surrounding the fuel gas channel 8 for supply the secondary air and merging the secondary air with the Fuel gases at the end of the fuel gas channel 8 facing the secondary chamber are provided.
  • the supply of the secondary air, as well as that of the primary air, is designed in an analogous manner to the first embodiment of the invention.
  • the primary air is mainly transversely to the wood fiber, i.e. through air outlet openings 20, supplied in front of the chamber side walls 24.
  • the top of the cover plate 32 together with the tops of the firebricks 30, 31 together with the grate 1 form the contact surface of the primary combustion chamber for the fuels or the ember bed, which is thus stepped is, the fuel gas channel opens into the stage 7 '.
  • the grate openings 28 could also have a shape or orientation other than that shown have, for example, an orientation rotated by 90 °.
  • the Grate could also be designed in the manner of a conventional sliding grate, d. H. there could be a second one, which is slidable above the grate and is movable relative to the grate Plate with corresponding grate openings may be provided, the second Plate can be moved back and forth by an operating element.
  • the heat transfer medium in the form of water in conventional Way provided.
  • the walls enclosing the heat transfer medium are in Fig. 8, as well as other heat exchanger means for the exhaust gases, not shown.
  • the invention provides a new concept for primary firing provided.
  • primary firing the basis for low-emission Combustion created here because of the change in physical states and the Thermal decomposition of the fuel takes place, i.e. thermal decomposition is carried out.
  • thermal decomposition as for the Drying, heat needed. This heat is directly through the heat source based. Up to approx. 280 ° C, gases and vapors are produced which are difficult or impossible are flammable. Above 280 ° C, gases with the easily flammable components are generated such as: carbon monoxide, methanol, hydrogen and high-energy, volatile Tars. Depending on the heating rate, different decomposition products arise, which are decisive for the combustion performance and for the emissions are.
  • the fuel gas channel is arranged above the grate 1.
  • the inflow area the fuel gas duct could also be oriented vertically upward, for example be and flow into the central area of a flat grate.
  • the combustion gases in the combustion gas duct can be heated from the outside through the ember bed.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbrennen biogener Brennstoffe in stückiger Form mit einer Primärbrennkammer, in der die Primärverbrennung stattfindet und die an ihrer Unterseite einen Rost umfaßt, und einer konstruktiv getrennten Sekundärbrennkammer, in welcher der Ausbrand erfolgt, wobei ein Brenngaskanal zur Verbindung der Primärbrennkammer und der Sekundärbrennkammer vorgesehen ist.
Feuerungsanlagen mit Primärbrennkammern und Sekundärbrennkammern, in welchen der Ausbrand erfolgt, sind einerseits in der Form von sogenannten Sturzbrandkesseln bekannt. Bei diesen ist die Sekundärbrennkammer oder Ausbrandkammer unterhalb der Primärbrennkammer angeordnet. In der Bodenplatte der Primärbrennkammer ist ein zentraler Schlitz vorgesehen, durch welchen die Brenngase in die Ausbrandkammer abgesaugt werden. Diese Brennkessel sind sehr effektiv und es erfolgt eine sichere Zündung der Schwelgase, da diese auf ihrem Weg in die Ausbrandkammer das Glutbett durchströmen. Flammenabrisse treten somit kaum auf. Nachteilig an diesen Sturzbrandkesseln ist es jedoch, daß eine Trennung der Verbrennungsrückstände in Form von Asche von der unverbrannten Holzkohle nicht möglich ist. Bei der Entleerung der Primärbrennkammer wird somit auch unverbranntes Material entfernt. Außerdem ist diese Entleerung für den Anwender relativ aufwendig. Herkömmliche Sturzbrandkessel haben weiters den Nachteil einer relativ geringen Standzeit (max. 5 Jahre) und der hohen Austauschkosten des schamottierten Bodens.
Weiters bekannt sind die sogenannten Rostkessel. Bei diesen ist die Bodenplatte der Primärbrennkammer als Rost ausgebildet bzw. in der Bodenplatte der Primärbrennkammer ein Rost vorgesehen und die Sekundärbrennkammer ist seitlich oder hinten neben der Primärbrennkammer angeordnet. Die Primärbrennkammer und die Sekundärbrennkammer werden durch einen Brenngaskanal miteinander verbunden, der von einer Öffnung in der Höhe des Rostes in der Seitenwand der Primärbrennkammer ausgeht und in die Sekundärbrennkammer mündet. Diese Rostkessel besitzen somit eine einfache und effektive Entaschungsmöglichkeit, sind jedoch insbesondere bei problematischen Brennstoffen wie Tanne und Fichte nicht besonders betriebssicher. Es kommt häufiger als beim Sturzbrandkessel zu Flammenabrissen, da die zur Zündung notwendige Glut vor dem Brenngaskanal ausbrennt. Gerade im Teillastbetrieb neigen die für die Zündung der Brenngase notwendigen Glutstücke dazu, vom Bereich der Einströmöffnung des Brenngaskanals weg zu brennen und ein Flammenabriß ist die Folge. Derartige Rostkessel der eingangs genannten Art sind beispielsweise aus der EP 798 510 A2 und der CH 671 822 A5 bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die die Vorteile der herkömmlichen Rostkessel mit denen der Sturzbrandkessel vereinigt bzw.
deren angeführten jeweiligen Nachteile vermeidet, und erfindungsgemäß gelingt dies bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch, daß der Einströmbereich des Brenngaskanals im, in Draufsicht gesehen, mittleren Bereich der Primärbrennkammer angeordnet ist. Günstigerweise ist der Einströmbereich des Brenngaskanals etwa mittig in der Primärbrennkammer angeordnet. In diesem Bereich befindet sich die Hauptglut und somit der heißeste Bereich der Primärbrennkammer. Durch die Absaugung der Brenngase aus diesem Bereich wird deren Zündung sichergestellt. Weiters ist durch den Rost eine einfache und effektive Möglichkeit zur Entaschung gegeben. Durch die erfindungsgemäße Einrichtung wird die Betriebssicherheit gerade auch bei problematischen Brennstoffen wie Fichte und Tanne, die zu Hohlfraß neigen, sichergestellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist auch im Teillastbetrieb bis unter 50 % der Nennleistung betriebssicher betreibbar. Nach dem bisherigen Stand der Technik ist dies nur bei Sturzbrandkesselkonstruktionen geeignet, während Rostfeuerungen für einen Teillastbetrieb unter 75 % der Nennlast ungeeignet sind.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert. In dieser zeigen:
Fig. 1
einen vertikalen Schnitt durch den unteren, erfindungswesentlichen Bereich eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2
einen Grundriß dieses Ausführungsbeispiels;
Fig. 3
einen vertikalen Schnitt senkrecht zur Schnittfläche von Fig. 1;
Fig. 4,
Fig. 5 und Fig. 6 eine Seitenansicht, eine Stirnansicht und eine Draufsicht des Brenngaskanals des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig. 7
einen Fig. 1 entsprechenden Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung und
Fig. 8
einen Querschnitt entlang der Linie A-A von Fig. 7.
Das in den Figuren 1 bis 6 dargestellte erste Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung umfaßt eine Primärbrennkammer 2, die über eine im oberen Bereich der Primärbrennkammer (oberhalb des in den Figuren dargestellten Teils der Feuerung) vorgesehene Fülltüre mit biogenen Brennstoffen in stückiger Form befüllbar ist. Unterschiedliche Brennstoffe mit einem Wassergehalt zwischen 5 und 25 % sind geeignet, wie z. B. Hartholz oder Weichholz in stückiger Form, Grobhackschnitzel, Holzabfälle aus dem holzverarbeitenden Gewerbe und der Industrie, Preßlinge und Kohle, wobei annähernd gleich gute Verbrennungswerte und hohe Wirkungsgrade erreicht werden.
Die Unterseite der Primärbrennkammer 2 wird von einem Rost 1 in der Form eines Stufenrostes gebildet. Unmittelbar auf bzw. über diesem befindet sich der Bereich des Glutbettes. Unterhalb des Rostes 1 liegt der Aschenraum 4, der durch die Aschentüre 5 zugänglich ist. Ein um eine horizontale Achse verschwenkbarer Vorstellrost 6 verhindert das Herausfallen der Brennstoffe bzw. der Glut beim Öffnen der Aschentüre.
Die Stufe 7 im als Gußteil ausgebildeten Rost 1 wird von einer Schrägfläche gebildet, die die beiden in unterschiedlichen Höhen angeordneten Teilbereiche des Rostes 1 verbindet.
Es ist weiters eine Sekundärbrennkammer 3 zum Ausbrand der in der Primärbrennkammer 2 gebildeten, in die Sekundärbrennkammer 3 geleiteten Brenngase vorgesehen. Die Verbindung zwischen der Primärbrennkammer 2 und der Sekundärbrennkammer 3 wird von einem als Blechformteil 36 ausgebildeten Brenngaskanal 8 gebildet. Dieser mündet mit Abstand von den seitlichen Begrenzungen der Primärbrennkammer in den Bereich des Glutbettes in die Primärbrennkammer, und zwar in der Stufe 7. Der Einströmbereich 9 des Brenngaskanals 8 ist somit, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, in Draufsicht gesehen im mittleren Bereich der Primärbrennkammer 2 angeordnet. Der Einströmbereich 9 des Brenngaskanals 8 ist dabei nach oben offen, wobei der Winkel zur Vertikalen zwischen 30° und 60°, vorzugsweise bei 40° liegt. Der Brenngaskanal 8 verläuft zwischen der Primärbrennkammer 2 und der Sekundärbrennkammer 3 horizontal und mündet leicht tangential in die Sekundärbrennkammer 3, was zu einer Verwirbelung in dieser führt. Die Sekundärbrennkammer 3 ist mit einem feuerfesten Material 10 ausgekleidet, im unteren Bereich und am Brennkammerboden 11 vorzugsweise mit Schamottelementen, weiter oben mit einem Isoliermaterial (vorzugsweise bestehend aus Keramikfaser). Die ausgebrannten Verbrennungsgase werden in der Folge durch Wärmetauscherrohre 12 unter Erhitzung von Wasser 13 wiederum nach unten in einen Sammelbereich geführt und vorzugsweise mittels eines Gebläses in herkömmlicher Weise abgeführt.
Die Primärluft für die Primärverbrennung wird durch eine herkömmliche Primärluftregelung 14 mit Regelscheibe und Stellmotor zugeführt. Die Primärluft gelangt in den vom Primärluftverteilblech 15 begrenzten Raum 16 und weiter durch vertikal angeordnete Primärluftrohre 17 in die Räume 18, die jeweils zwischen einer Kammerwandung und einem (in Draufsicht U-förmigen Luftleitblech 19 liegen, wobei die Basisschenkel der Luftleitbleche 19 seitliche Begrenzungen der Primärkammer bilden. In den Luftleitblechen 19 sind oberhalb des Rostes 1 Luftaustrittsöffnungen 20 vorgesehen, die teilweise vor der Kammerrückwand 21 und in der Aschentüre 5 angeordnet sind, wodurch Primärluft parallel zur Brennholzfaser zuführbar ist. Der durch einen Hohlraum in der Aschentüre 5 geführte Teil der Primärluft gelangt durch den Kanal 22 in diese. Über das Leitblech 23 wird weiters ein Teilstrom der Primärluft vor die Fülltüre geführt (was auch die Verpuffungsgefahr verringert).
Die Luftleitbleche 19, die die Primärbrennkammer 2 umgeben, bremsen die Wärmeabfuhr an den an der Außenseite der Kammerwandungen geführten Wärmeträger in Form von Wasser 13 stark ab, so daß der Anfeuerungsvorgang beschleunigt wird. Der Primärluftstrom in den Luftleitblechen 19 verhindert weitgehend das Entstehen von Teerbelägen an den wassergekühlten Kammerwandungen 21, 24 und kühlt die Luftleitbleche. Durch die Primärluftrohre 17 wird die Primärluftzufuhr vor Verunreinigungen geschützt, die sich im unteren Bereich der Luftleitbleche 19 ablagern.
Die aufgrund der Luftleitbleche 19 gebremste Wärmeabfuhr aus der Primärverbrennung an den Wärmeträger wirkt sich auch positiv auf das Teillastverhalten des Kessels aus, da im Teillastbetrieb die Gluttemperatur wesentlich kleiner ist als im Nennlastbetrieb. Im Teillastbetrieb, in dem niedrige Feuerungsraumtemperaturen, insbesondere im wassergekühlten oberen Teil des Füllschachtes herrschen, führen die feuchten Abgase zu Ablagerungen von Teerdämpfen an den kalten Kesselinnenwänden. Es bildet sich isolierender Glanzruß, der an den Wänden nach unten rinnt und dann anschließend an den heißen Luftleitblechen 19 verbrannt wird.
Die Primärluftmenge wird in Abhängigkeit der errechneten Solltemperatur (Abgastemperatur minus Kesseltemperatur) durch einen Stellmotor mit Regelscheibe gesteuert. Der Primärluftanteil beträgt ca. 75 % der Gesamtluftmenge.
Die Primärverbrennung erfolgt unterstöchiometrisch - Luftzahl ca. 0,8 - und die nicht ausgebrannten Brenngase werden durch den horizontal angeordneten Brenngaskanal 8, der die Gase ca. aus der Mitte des Rostbereiches abführt, in die Sekundärbrennkammer geführt. Bei einer Temperatur von 800 bis 950 °C und einer Luftzahl von 0,8 tritt im Brenngaskanal eine NOx-Reduktion bis zu 50 % ein.
Der Einströmbereich des Brenngaskanals, bei herkömmlichen Konstruktionen auch Eintrittsdüse genannt, ist unter einem Winkel von 40 ° nach oben geöffnet. Eine derartige Öffnung, durch welche die oben und seitlich vorhandene Glut ausgenützt werden kann, ist bevorzugt, um in Verbindung mit der mittigen Anordnung des Brenngaskanals im Rostbereich sicherzustellen, daß die notwendigen Glutstücke für das sichere Entzünden der Brenngase vorhanden sind, so daß kein Flammenabriß stattfinden kann. Grundsätzlich wäre aber auch eine seitliche Öffnung des Brenngaskanals, d. h. der Einströmbereich weist eine in einer vertikalen Ebene liegende Öffnung auf, denkbar und möglich.
Der Austrittsbereich bzw. die Austrittsdüse des Brenngaskanals 8 mündet versetzt zur vertikalen Längsachse der Sekundärbrennkammer 3 in diese, so daß die Brenngase tangential in die Sekundärbrennkammer geführt werden und eine Verwirbelung erreicht wird.
Die Sekundärluft gelangt durch die Sekundärluftregelung 25 in den vom Sekundärluftleitblech 26 abgegrenzten Raum 27. Das Sekundärluftleitblech 26 weist eine Öffnung zum Durchtritt des Brenngaskanals 8 auf. Die Sekundärluft wird vom Raum 27 aus auf der Außenseite des Brenngaskanals 8 bis in die Sekundärbrennkammer 3 geführt, wobei die Sekundärluftbeimischung zu den Brenngasen an dem der Sekundärbrennkammer 3 zugewandten Ende des Brenngaskanals 8 erfolgt.
Ein weiteres, etwas modifiziertes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren 7 und 8 schematisch dargestellt. Dieses unterscheidet sich vom zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung durch die Ausbildung des Rostes und des Brenngaskanals. Gleiche bzw. zumindest funktionsgleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Der Rost 1 wird hier von einem Einsatzteil gebildet, welches in seinem von der Sekundärbrennkammer 3 abgewandten Bereich die Rostöffnungen 28 aufweist. In seinem der Sekundärbrennkammer zugewandten Bereich bildet dieses Einsatzteil eine Auflage für einen Schamottenstein 29, der den Brenngaskanal 8 an seiner Unterseite begrenzt. Weiters liegen auf diesem Einsatzteil Schamottensteine 30, 31 auf, die den Brenngaskanal 8 seitlich begrenzen. Die Schamottensteine 30, 31 bilden auch eine Auflage für eine Deckplatte 32, die auf dem Brenngaskanal 8 zugewandten Schultern 33 aufliegt an den Schamottsteinen 30, 31. Der Einströmbereich des Brenngaskanals 8 ist auf diese Weise wiederum in einem mittleren Bereich der Primärbrennkammer 2 ausgebildet, schräg nach oben geöffnet und liegt wenige Zentimeter oberhalb des Rostes 1. Der Brenngaskanal 8 führt weiters durch ein düsenartiges Teil 34 tangential in die Sekundärbrennkammer, wobei wiederum den Brenngaskanal 8 umgebende Kanäle 35 zur Zuführung der Sekundärluft und Zusammenführung der Sekundärluft mit den Brenngasen am der Sekundärkammer zugewandten Ende des Brenngaskanals 8 vorgesehen sind. Die Zuführung der Sekundärluft, ebenso wie die der Primärluft, ist in analoger Weise zum ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet. Die Primärluft wird hierbei hauptsächlich quer zur Holzfaser, also durch Luftaustrittsöffnungen 20, vor den Kammerseitenwänden 24 zugeführt.
Die Oberseite der Deckplatte 32 zusammen mit den Oberseiten der Schamottensteine 30, 31 bilden zusammen mit dem Rost 1 die Auflagefläche der Primärbrennkammer für die Brennstoffe bzw. das Glutbett, die somit gestuft ausgebildet ist, wobei der Brenngaskanal in die Stufe 7' mündet.
Die Rostöffnungen 28 könnten auch eine andere als die gezeigte Form bzw. Orientierung aufweisen, beispielsweise eine um 90 ° gedrehte Orientierung. Der Rost könnte auch in der Art eines herkömmlichen Schieberostes ausgebildet sein, d. h. es könnte eine oberhalb des Rostes verschiebbar zum Rost gelagerte zweite Platte mit entsprechenden Rostöffnungen vorgesehen sein, wobei die zweite Platte durch ein Bedienelement hin- und herbewegbar ist.
Außerhalb der Kammerwandungen 21, 24 und der Wandung der Sekundärbrennkammer ist wiederum der Wärmeträger in Form von Wasser in herkömmlicher Weise vorgesehen. Die den Wärmeträger einschließenden Wandungen sind in Fig. 8, ebenso wie weitere Wärmetauschermittel für die Abgase, nicht dargestellt.
Durch die Erfindung wird, wie beschrieben, eine Neukonzeption der Primärfeuerung bereitgestellt. In der Primärfeuerung wird die Basis für eine emissionsarme Verbrennung geschaffen, da hier der Wechsel der Aggregatzustände und die thermische Aufspaltung des Brennstoffes erfolgen, also die thermische Zersetzung durchgeführt wird. Für die thermische Zersetzung wird, wie auch für die Trocknung, Wärme benötigt. Diese Wärme wird durch die Wärmequelle direkt bezogen. Bis ca. 280 °C entstehen Gase und Dämpfe, die nicht oder nur schwer brennbar sind. Über 280 °C entstehen Gase mit den leicht brennbaren Bestandteilen wie: Kohlenmonoxid, Methanol, Wasserstoff und energiereiche, leicht flüchtige Teere. Je nach Erwärmungsgeschwindigkeit entstehen unterschiedliche Zersetzungsprodukte, die für die Feuerungsleistung sowie für die Emissionen entscheidend sind.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen der Erfindung ist der Brenngaskanal oberhalb des Rostes 1 angeordnet. Grundsätzlich wäre es auch denkbar und möglich, den Brenngaskanal unterhalb des Rostes 1 zu führen. Der Einströmbereich des Brenngaskanals könnte beispielsweise auch vertikal nach oben ausgerichtet sein und in den zentralen Bereich eines ebenen Rostes münden.
Die Brenngase im Brenngaskanal sind durch das Glutbett von außen erwärmbar.
Es ist günstig, den Brenngaskanal mit einem wärmeisolierenden, feuerfesten Material zu umgeben, so daß die erforderliche Brenngastemperatur auch bei einem Teillastbetrieb von etwa 50 % noch gegeben ist. Eine erfindungsgemäße Feuerung ist im Lastbereich 50% bis 110% der Nennlast betreibbar.
Legende zu den Hinweisziffern:
1
Rost
2
Primärbrennkammer
3
Sekundärbrennkammer
4
Aschenraum
5
Aschentüre
6
Vorstellrost
7, 7'
Stufe
8
Brenngaskanal
9
Einströmbereich
10
Material
11
Brennkammerboden
12
Wärmetauscher
13
Wasser
14
Primärluftregelung
15
Primärluftverteilblech
16
Raum
17
Primärluftrohr
18
Raum
19
Luftleitblech
20
Luftaustrittsöffnung
21
Kammerrückwand
22
Kanal
23
Leitblech
24
Kammerseitenwand
25
Sekundärluftregelung
26
Sekundärluftleitblech
27
Raum
28
Rostöffnung
29
Schamottenstein
30
Schamottenstein
31
Schamottenstein
32
Deckplatte
33
Schulter
34
Teil
35
Kanal

Claims (19)

  1. Vorrichtung zum Verbrennen biogener Brennstoffe in stückiger Form mit einer Primärbrennkammer, in der die Primärverbrennung stattfindet und die an ihrer Unterseite einen Rost umfaßt, und einer konstruktiv getrennten Sekundärbrennkammer, in welcher der Ausbrand erfolgt, wobei ein Brenngaskanal zur Verbindung der Primärbrennkammer und der Sekundärbrennkammer vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Einströmbereich des Brenngaskanals (8) im, in Draufsicht gesehen, mittleren Bereich der Primärbrennkammer (2) angeordnet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Brenngase ca. aus der Mitte des Rostbereiches abführende Brenngaskanal (8) zwischen der Primärbrennkammer (2) und der Sekundärbrennkammer (3) horizontal verläuft.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einströmbereich des Brenngaskanals (8) im Bereich der Höhe des Rostes (1) in der Primärbrennkammer (2) angeordnet ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einströmbereich des Brenngaskanals (8) etwas oberhalb des Rostes (1) liegt.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rost (1) eine Stufe (7) aufweist, in welche der Brenngaskanal (8) mündet.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe (7) von einer Schrägfläche gebildet wird, die zwei in unterschiedlichen Höhen angeordnete Teilbereiche des Rostes (1) verbindet.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagefläche der Primärbrennkammer (2) für die Brennstoffe bzw. das Glutbett eine Stufe(7')aufweist, in welche der Brenngaskanal (8) mündet, wobei diese Auflagefläche der Primärbrennkammer im von der Sekundärbrennkammer (3) abgewandten Bereich der Primärbrennkammer vom Rost (1) gebildet wird und in dem der Sekundärbrennkammer (3) zugewandten Bereich der Primärbrennkammer eine Deckplatte (32) umfaßt, welche höher als der Rost (1) liegt und unterhalb der Brenngaskanal (8) verläuft.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rost von einem Einsatzteil gebildet wird, welches in seinem von der Sekundärbrennkammer (3) abgewandten Bereich die Rostöffnungen (28) aufweist und in seinem der Sekundärbrennkammer (3) zugewandten Bereich eine Auflage für einen Schamottenstein (29) bildet, der den Brenngaskanal (8) an seiner Unterseite begrenzt.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatzteil weiters eine Auflage für den Brenngaskanal (8) seitlich begrenzende Schamottensteine (30, 31) bildet, auf denen die Deckplatte (32) aufliegt.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenngaskanal (8) unterhalb des Rostes (1) verläuft.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Einströmbereich des Brenngaskanals (8) nach oben und/oder zur Seite hin offen ist, vorzugsweise in einer zur Vertikalen in einem Winkel zwischen 30 ° und 60 °, nochmals vorzugsweise in einem Winkel von 40°, geneigten Ebene liegt.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärluftbeimischung zu den Brenngasen an dem der Sekundärbrennkammer (3) zugewandten Ende des Brenngaskanals (8) erfolgt.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärluft vor der Beimischung zu den Brenngasen außen entlang des Brenngaskanals (8) geführt ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenngaskanal (8) tangential in die Sekundärbrennkammer (3) mündet.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenngase im Brenngaskanal (8) durch das Glutbett von außen erwärmbar sind.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärluft parallel zur Brennholzfaser durch Luftaustrittsöffnungen (20) bei der Kammerrückwand (21) und in der Aschentüre (5) zuführbar ist.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilstrom der Primärluft vor die Fülltüre geführt ist.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kühlung der Aschentüre (5) Primärluft durch einen in dieser vorgesehenen Hohlraum geführt ist.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß im Brenngaskanal in dessen Deckfläche weitere Öffnungen im Glutbereich der Primärkammer vorgesehen sind.
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