EP2426414A2

EP2426414A2 - Verfahren und Vorrichtung zum Verbrennen fester Brennstoffe

Info

Publication number: EP2426414A2
Application number: EP11169539A
Authority: EP
Inventors: Egon Ruß; Anton Maggale
Original assignee: Maggale Anton; Ruß Egon
Current assignee: Maggale Anton; Ruß Egon
Priority date: 2010-09-06
Filing date: 2011-06-10
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2031-06-10
Also published as: AT12307U1; HUE040668T2; EP2426414B1; EP2426414A3; PL2426414T3; DK2426414T3

Abstract

Bei einem Verfahren zum Verbrennen fester Brennstoffe, insbesondere Biomassen, wird eine Vorrichtung verwendet, die eine Brennerkammer (1) besitzt, in der auf einen Vorschubrost (3) eine Primärverbrennung ausgeführt wird. Oberhalb der Brennerkammer (1) ist eine Zyklonkammer (5) angeordnet, in welcher eine Zyklonverbrennung ausgeführt wird. In der Zyklonkammer (5) wird eine Drehbewegung der Rauchgase und in dieser enthaltener Feststoffe bewirkt, wodurch Feststoffe nach außen gedrückt werden und gegebenenfalls, wenn sie nicht in der Zyklonverbrennung verbrennen, teils direkt und teils über Leitungen (52) zurück in die Brennerkammer (1) geleitet werden bzw. als Staubabscheidung dienen, indem die Flugasche tangential aus der Brennerkammer (1) herausgezogen wird, welche direkt in die Primärverbrennungskammer, unter den Rost oder über eine separate Aschenlogistik abtransportiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbrennen fester Brennstoffe.
Bekannte Vorrichtungen zum Verbrennen fester Brennstoffe besitzen in der Regel einen Rost, auf dem der zu verbrennende Brennstoff verbrannt wird.
Problematisch bei den bekannten Feuerungsanlagen ist es, dass land- und forstwirtschaftliche Biomasse nur bedingt einer thermischen Nutzung durch Verbrennen zugeführt werden konnten.
Ein zusätzliches Problem besteht darin, dass eine Sekundärverbrennung nur bedingt möglich ist.
Um dieses Problem zu lösen, ist in der EP 2 085 693 A2 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbrennen fester Stoffe vorgeschlagen worden, bei der eine Primärverbrennung in einer Kammer mit einem Rost, insbesondere einem Vorschubrost, und eine Sekundärverbrennung als Zyklonverbrennung oberhalb der Kammer für die Primärverbrennung ausgeführt wird.
Dieses bekannte Verfahren hat sich gut bewährt und eignet sich vor allem dazu, mit geringen Betriebskosten eine problemlose thermische Nutzung von land- und forstwirtschaftlichen Biomassen und Sonderbrennstoffen, wie Altholz, Abfällen aus der Papierindustrie und Spuckstoffen, möglich zu machen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, das Abtrennen fester (staubförmiger) Verbrennungsrückstände zu verbessern.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit einem Verfahren, das die Merkmale von Anspruch 1 aufweist und mit einer Vorrichtung, welche die Merkmale von Anspruch 10 aufweist.
Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es, abgesehen davon, dass die Primärverbrennung (Vorschubrost) und die Sekundärverbrennung (Zyklonverbrennung) räumlich getrennt erfolgen, sodass die Primärverbrennung in reduzierender Atmosphäre betrieben werden kann, wodurch eine erhebliche Reduktion der umweltschädigenden Stickoxide möglich ist, dass das Abscheiden von festen Verbrennungsrückständen (Staub) aus der Zyklonkammer verbessert und wirksamer möglich ist.
Da bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Kombination aus Vorschubrostfeuerung und eine vertikale Zyklonverbrennung (Wirbelschichtverbrennung) vorliegt, bei der die Primärverbrennung auf einem Vorschubrost stattfindet, ergibt sich ein günstiger Verlauf der Verbrennung mit geringem Anfall an umweltbelastenden Abfallstoffen.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können insbesondere auch feste, langflammige und vor allem ligninhältige Brennstoffe verbrannt werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass feste Verbrennungsrückstände aus dem Außenbereich der Sekundärverbrennung abgezogen werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die festen Verbrennungsrückstände in den Bereich unterhalb des Vorschubrostes geleitet werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass feste Verbrennungsrückstände zusammen mit Asche aus dem Bereich unterhalb des Vorschubrostes entfernt werden.
In einer Ausführungsform kann durch großzügige Dimensionierung der Rostkonstruktion das Trocknen des Brennstoffes und die nachfolgende Primärverbrennung in einem kontrollierten Glutbett ausgeführt werden.
Das Verbrennen auf einem Vorschubrost hat wesentliche Vorteile gegenüber einer reinen Wirbelschichtfeuerung, worunter unter anderem geringere Luftgeschwindigkeiten am Rost zu nennen ist.
Dabei ergibt sich in einer Ausführungsform bei der Erfindung der Vorteil, dass der Rohstaubgehalt bereits im Primärbereich minimiert wird.
Mit Vorteil ist im Rahmen der Erfindung in einer Ausführungsform vorgesehen, dass über der als Vorschubrostfeuerung ausgebildeten Primärzone, die Zyklonverbrennung vertikal angeordnet ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung ergeben der speziell geformte Eintritt in die Zyklonkammer und tangential angeordnete Luftdüsen für die Sekundärluft und die dadurch bewirkte Zirkulation ein vorteilhaftes Drehen der Rauchgase. Durch diese Rotationsbewegung der Rauchgase werden (schwere) Staubteilchen nach außen gedrückt, wo sie verbrennen und wieder nach unten in die Primärzone fallen.
Der bei der vorgenannten Ausführungsform in der Zyklonverbrennung ablaufende, dynamisch durch die Tangentialkräfte und Schwerkraft beeinflusste Verbrennungsprozess ermöglicht ein vollständiges Verbrennen der Flugasche.
Zusätzlich ergibt sich durch die hohe Turbulenz im Bereich der vertikalen Zyklonverbrennung eine gute Vermischung der Schwelgase mit Sauerstoff, wodurch das Verbrennen mit einem sehr geringen Restsauerstoff und damit hohem feuerungstechnischen Wirkungsgrad betrieben werden kann.
Durch den Selbstreinigungseffekt der vertikal angelegten Kammer, in welcher die Zyklonverbrennung bevorzugt ausgeführt wird, wird das Ablagern von Flugasche verhindert.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass in die Zyklonverbrennung Luft in unterschiedlichen Richtungen eingeblasen wird.
Gemäß der Erfindung kann diese Ausführungsform in einer Vorrichtung mit einer Brennkammer zum Verbrennen fester Brennstoffe, insbesondere land- und forstwirtschaftlicher Biomasse, sowie Sonderbrennstoffe, ausgeführt werden, wobei eine Primärverbrennung in einer Kammer mit einem Rost ausgeführt wird, und eine Sekundärverbrennung als Zyklonverbrennung ausgeführt wird, die sich dadurch auszeichnet, dass in der Zyklonkammer mehrere Düsenstöcke/Düsen für den Eintritt von Luft münden und dass die Düsenstöcke/Düsen zur Zyklonkammer tangential oder wenigstens annähernd tangential ausgerichtet sind.
Durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise ebenso wie durch die erfindungsgemäße Anordnung und Wahl der Düsen, durch die Luft in den Bereich der, vorzugsweise vertikalen, Zyklonverbrennung eingeblasen wird, hat man es mit einfachen Mitteln einerseits in der Hand, die Zyklonverbrennung turbulent oder in Form einer Wirbelschicht zu betreiben, und andererseits besteht die Möglichkeit die Bedingungen der Sekundärverbrennung im Zyklon zu optimieren.
Überdies erlaubt es die Erfindung durch die tangentialen oder im Wesentlichen tangentialen Luftströme (aus den Düsen) die tangentiale Geschwindigkeit bei der Zyklonverbrennung zu regeln, um eine optimale Verbrennung zu erreichen. Die alles kann zum vorteilhaften Verringern des Rohstaubgehaltes in den Abgasen (Rauchgas) führen.
Im Rahmen der Erfindung (Verfahren und Vorrichtung) besteht die Möglichkeit, die Tangentialgeschwindigkeit im Bereich der Zyklonverbrennung zu einzustellen, dass Feststoffe mit der gewünschten Korngröße abgeschieden werden. Man hat also die Möglichkeit, durch Wahl der Tangentialgeschwindigkeit die Korngröße der abgeschiedenen Feststoffe zu beeinflussen und auf gewünschte Werte einzustellen.
Mit Vorteil ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, dass über der als Vorschubrostfeuerung ausgebildeten Primärzone, die Kammer für die Zyklonverbrennung vertikal angeordnet ist.
Insgesamt ergibt sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber konventionellen Vorschubrostfeuerungsanlagen eine erhebliche Reduktion der Betriebskosten.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die Primärverbrennung als Vorschubrostfeuerung ausgeführt wird, kann sich dieses dadurch auszeichnen, dass die Verbrennungsrückstände in den Bereich unterhalb des Vorschubrostes geleitet werden.
In einer Ausführungsform kann sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch auszeichnen, dass Verbrennungsrückstände zusammen mit Asche aus dem Bereich unterhalb des Vorschubrostes entfernt werden.
In einer Ausführungsform kann sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch auszeichnen, dass die Primärverbrennung durch eine Verbindungsöffnung in die Zyklonverbrennung eintritt.
In einer Ausführungsform kann sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch auszeichnen, dass die Zyklonverbrennung oberhalb der Primärverbrennung mit im Wesentlichen lotrechter Achse der Drehbewegung ausgeführt wird.
In einer Ausführungsform kann sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch auszeichnen, dass in die Zyklonverbrennung Luft in unterschiedlichen Richtungen eingeblasen wird.
In einer Ausführungsform kann sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch auszeichnen, dass in die Zyklonverbrennung Luft in tangentialen oder in im Wesentlichen tangentialen Strömen eingeblasen wird.
In einer Ausführungsform kann sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch auszeichnen, dass die tangentiale Geschwindigkeit bei der Zyklonverbrennung durch Wahl der Geschwindigkeit der Luftströme eingestellt wird.
In einer Ausführungsform kann sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch auszeichnen, dass Luft in die Zyklonverbrennung aus wenigstens zwei Düsen eingeblasen wird.
In einer Ausführungsform kann sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch auszeichnen, dass Luft abwechselnd aus zwei von vier über den Umfang der Kammer der Zyklonverbrennung verteilt angeordneten Düsenstöcken, wobei die zwei Düsenstöcke einander diametral gegenüberliegen, in die Zyklonverbrennung eingeblasen wird.
In einer Ausführungsform kann sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch auszeichnen, dass die Richtungen der Luftströme, die aus den zwei Düsen austreten, zueinander parallel jedoch entgegengesetzt sind.
In einer Ausführungsform kann sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch auszeichnen, dass die Bewegung der Verbrennungsrückstände aus dem Bereich der Sekundärverbrennung in den Bereich der Primärverbrennung durch Luftströmung unterstützt wird.
In einer Ausführungsform kann sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch auszeichnen, dass Luft abwechselnd, mit gleicher oder unterschiedlicher Intensität, aus Düsen eines Satzes von zwei Sätzen von Düsen in die Zyklonverbrennung eingeblasen wird, wobei die aus den Düsen der beiden Sätze austretenden Luftströme entgegengesetzt tangential oder im Wesentlichen tangential ausgerichtet sind.
In einer Ausführungsform kann sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch auszeichnen, dass Luft gleichzeitig, mit gleicher oder unterschiedlicher Intensität, aus Düsen eines Satzes von zwei Sätzen von Düsen in die Zyklonverbrennung eingeblasen wird, wobei die aus den Düsen der beiden Sätze austretenden Luftströme entgegengesetzt tangential oder im Wesentlichen tangential ausgerichtet sind.
In einer Ausführungsform kann sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch auszeichnen, dass die Luftströme in einer Richtung und Geschwindigkeit in die Zyklonverbrennung eingeblasen werden, dass die Zyklonverbrennung turbulent ausgeführt wird.
In einer Ausführungsform kann sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch auszeichnen, dass die Luftströme in einer Richtung und Geschwindigkeit in die Zyklonverbrennung eingeblasen werden, dass die Zyklonverbrennung in Form einer Wirbelschicht ausgeführt wird.
Die für das Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagene Vorrichtung mit einer Kammer, in der ein Rost für das Ausführen einer Vorschubrostfeuerung vorgesehen ist, und einer Zyklonkammer mit lotrechter Achse, in welcher eine Zyklonverbrennung ausgeführt wird, wobei die Zyklonkammer für die Zyklonverbrennung und die Kammer mit der Vorschubrostfeuerung durch eine Verbindungsöffnung miteinander in Verbindung stehen, zeichnet sich dadurch aus, dass die Zyklonkammer über wenigstens eine Leitung mit der Kammer mit der Vorschubrostfeuerung verbunden ist.
In einer Ausführungsform kann sich die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass die Leitung in dem (Asche)Raum der Kammer unterhalb des Vorschubrostes mündet.
In einer Ausführungsform kann sich die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass wenigstens zwei Leitungen vorgesehen sind, die in unterschiedlichen Höhen von der Zyklonkammer ausgehen.
In einer Ausführungsform kann sich die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass die Mündung der Leitung zur Zyklonkammer tangential ausgerichtet ist.
In einer Ausführungsform kann sich die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass die Leitung im Wesentlichen parallel zur Achse der Zyklonkammer ausgerichtet verläuft.
In einer Ausführungsform kann sich die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass in der Leitung wenigstens ein Gebläse zum Erzeugen einer Zwangsströmung in der Leitung mündet.
In einer Ausführungsform kann sich die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass die Mündung des Gebläses unter einem spitzen Winkel in die Leitung mündet.
In einer Ausführungsform kann sich die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass die Zyklonkammer für die Zyklonverbrennung mit Abstand von der Verbindungsöffnung zwischen Kammer für Vorschubrostfeuerung und Zyklonkammer für die Zyklonverbrennung eine nach innen weisende, nach innen vorspringende Rippe, insbesondere eine Ringrippe, aufweist.
In einer Ausführungsform kann sich die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, die Leitung von dem oberhalb der Rippe vorgesehenen erweiterten Abschnitt der Zyklonkammer ausgeht.
In einer Ausführungsform kann sich die zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagene erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass der Kammer für die Vorschubrostfeuerung eine Vorrichtung zum Zuführen von festen Brennstoffen zugeordnet ist.
In einer Ausführungsform kann sich die zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagene erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass der Übergang zwischen der Kammer für die Vorschubrostfeuerung und der Zyklonkammer für die Zyklonverbrennung einen gegenüber der Querschnittsfläche der Zyklonkammer kleinere Querschnittsfläche aufweist.
In einer Ausführungsform kann sich die zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagene erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass die Zyklonkammer für die Zyklonverbrennung mit Abstand von der Verbindungsöffnung zwischen Kammer für Vorschubrostfeuerung und Zyklonkammer für die Zyklonverbrennung eine nach innen weisende, nach innen vorspringende Rippe, insbesondere eine Ringrippe, aufweist.
In einer Ausführungsform kann sich die zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagene erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass in der Zyklonkammer für die Zyklonverbrennung wenigstens eine Düse für den Eintritt von Luft mündet.
In einer Ausführungsform kann sich die zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagene erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass die wenigstens eine Düse für das Zuführen von Luft in die Zyklonkammer für die Zyklonverbrennung in den Bereich zwischen der Verbindungsöffnung und der Rippe tangential einmündet.
In einer Ausführungsform kann sich die zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagene erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass die wenigstens eine Düse mit geringem Abstand über der Verbindungsöffnung mündet.
In einer Ausführungsform kann sich die zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagene erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass in der Zyklonkammer mehrere Düsenstöcke/Düsen für den Eintritt von Luft münden und dass die Düsenstöcke/Düsen zur Zyklonkammer tangential oder wenigstens annähernd tangential ausgerichtet sind.
In einer Ausführungsform kann sich die zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagene erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass in der Brennkammer für die Primärverbrennung ein Vorschubrost vorgesehen ist, dem eine Vorrichtung zum Zuführen von festen Brennstoffen zugeordnet ist.
In einer Ausführungsform kann sich die zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagene erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass der Übergang zwischen der Brennkammer für die Primärverbrennung und der Zyklonkammer eine gegenüber der Querschnittsfläche des Inneren der Zyklonkammer kleinere Querschnittsfläche aufweist.
In einer Ausführungsform kann sich die zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagene erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass die Zyklonkammer für die Zyklonverbrennung mit Abstand von der Verbindungsöffnung zwischen der Brennkammer für die Primärverbrennung und der Zyklonkammer für Zyklonverbrennung eine nach innen weisende, nach innen vorspringende Rippe, insbesondere eine Ringrippe, aufweist.
In einer Ausführungsform kann sich die zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagene erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass die Zyklonkammer für die Zyklonverbrennung als vorsprungfreier Zylinder ausgebildet ist.
In einer Ausführungsform kann sich die zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagene erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass die Düsenstöcke/Düsen für das Zuführen von Luft in die Zyklonkammer tangential einmünden.
In einer Ausführungsform kann sich die zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagene erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass zwei Paare mit zwei einander diametral gegenüberliegender Düsenstöcke vorgesehen sind.
In einer Ausführungsform kann sich die zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagene erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass die Achsen der Mündungen der Düsenstöcke parallel zu einer zwischen zwei Düsenstöcken liegenden Durchmesserlinie ausgerichtet sind.
In einer Ausführungsform kann sich die zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagene erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass die Düsenstöcke mit Versorgungsleitungen für Luftzufuhr derart verbunden sind, dass entweder die Düsenstöcke des einen Paares oder die Düsenstöcke des anderen Paares mit Luft beaufschlagbar sind.
In einer Ausführungsform kann sich die zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagene erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass die Düsenstöcke mit Versorgungsleitungen für Luftzufuhr derart angeschlossen sind, dass die Düsenstöcke des einen Paares und die Düsenstöcke 31 des anderen Paares gleichzeitig mit Luft, gegebenenfalls mit Luft unterschiedlicher Intensität, beaufschlagbar sind.
In einer Ausführungsform kann sich die zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagene erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass in der Wand der Zyklonkammer ein erster Satz Düsen, die annähernd tangential ausgerichtet sind, einerseits, und ein zweiter Satz Düsen, die annähernd tangential zur Zyklonkammer ausgerichtet sind, andererseits, vorgesehen sind und dass die Düsen des ersten Satzes und die Düsen des zweiten Satzes in entgegengesetzte Richtungen ausgerichtet sind.
In einer Ausführungsform kann sich die zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagene erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass in der Zyklonkammer Düsenstöcke/Düsen in unterschiedlichen Höhenlagen angeordnet sind.
In einer Ausführungsform kann sich die zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagene erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch auszeichnen, dass mehrere Paare Düsenstöcke über die Höhe der Zyklonkammer verteilt angeordnet sind.
Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen, in welcher in Fig. 1 eine Vorrichtung zum Verbrennen fester Brennstoffe, in den Fig. 2 bis 5 in schematischen horizontalen Schnitten Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Zyklonkammern, in den Fig. 6 und 7 Anordnungsbeispiele von Leitungen und in Fig. 8 eine abgeänderte Ausführungsform gezeigt sind.
Eine erfindungsgemäße Variante besitzt in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform zwei grundsätzliche Bauteile, eine Brennkammer 1 und eine Zyklonkammer 5. In der Brennerkammer 1, in welcher die Vorschubrostfeuerung als Primärverbrennung ausgeführt wird, ist ein Vorschubrost 3 vorgesehen. Über der Brennerkammer 1 ist die Zyklonkammer 5 angeordnet, in der die Zyklonverbrennung als Sekundärverbrennung stattfindet. Dabei hat die Zyklonkammer 5 eine lotrechte Achse 7 und ist am oberen Ende 9 der Brennkammer 1 für die Vorschubrostfeuerung angeordnet.
In der Brennerkammer 1 mit der Vorschubrostfeuerung wird Brenngut 11 über eine Zuführung 13, die kontinuierlich oder diskontinuierlich arbeiten kann und beispielsweise eine mechanische Zuführung mittels Hydraulikstoker oder Förderschnecken sein kann, zugeführt. Das Brenngut 11 gleitet entlang des Vorschubrostes 3 nach unten, während es verbrennt.
Der Übergang 15 zwischen der Brennkammer 1 mit der Vorschubrostfeuerung und der Zyklonkammer 5 für die Zyklonverbrennung ist in dem Ausführungsbeispiel mit reduziertem Querschnitt ausgebildet, um in der Zyklonkammer 5 eine vorteilhafte Strömung der Rauch- bzw. Schwelgase aus der Vorschubrostfeuerung (Primärverbrennung) in die vertikale Zyklonverbrennung (Sekundärverbrennung) zu gewährleisten.
Im Bereich des unteren erweiterten Abschnittes 17 der Zyklonkammer 5 münden mehrere Düsen in die Zyklonkammer 5 tangential ein, durch welche Luft zugeführt wird, welche die Rauchgase und die in diesen enthaltenen Staubteilchen (feste Verbrennungsrückstände) bei der Zyklonverbrennung in eine Drehbewegung um die lotrechte Achse 7 der Zyklonkammer 5 versetzen.
Der Abschnitt 17 der Zyklonkammer 5 mit größerem Durchmesser endet oben mit einer weiteren Einschürung in Form einer ringförmigen Rippe 23, an die sich oben ein zweiter, erweiterter Abschnitt 25 der Zyklonkammer 5 anschließt.
Durch die Drehbewegung der Rauchgase und der in diesen enthaltenen Staubteilchen in der Zyklonkammer 5, werden Staubteilchen nach außen gedrückt, wo sie verbrennen und nach unten oder zurück in die Brennerkammer 1 der Primärzone (Vorschubrostfeuerung) fallen. Die von Staubteilchen und sonstigen festen Anteilen gereinigten Rauchgase treten aus der Zyklonkammer 5, in welcher die Zyklonverbrennung stattfindet, seitlich durch einen Stutzen 21, an den ein Rauchgasabzug angeschlossen ist, aus. Da obere Ende der Zyklonkammer 5, in welchem die Zyklonverbrennung stattfindet, ist geschlossen, kann aber für Wartungs- oder Reinigungsarbeiten mit einem öffenbaren Deckel 19 ausgebildet sein, wobei auch ein Schauglas zum Beobachten des Verbrennungsvorganges denkbar ist.
Ein Anteil der Staubteilchen wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung in die als Überstromkanäle dienenden Leitungen 52 eintreten. Die Mündungen 54 der Leitungen 52 sind oberhalb der Rippe 23 im oberen erweiterten Bereich 25 der Zyklonkammer 5 vorgesehen. Um das Eintreten der Staubteilchen zu erleichtern, können die Mündungen 54 der Leitungen 52 zur Wand der Zyklonkammer 5 tangential ausgerichtet sein.
Wenngleich eine Leitung 52 an sich hinreicht, können auch zwei oder mehr als zwei Leitungen 52 vorgesehen sein.
Wenn zwei oder mehr als zwei Leitungen 52 vorgesehen sind, ist es bevorzugt, dass deren Mündungen 54 in der Zyklonkammer 5 in unterschiedlichen Höhen münden (vgl. Fig. 1 und 8).
Die Mündungen 54 der Leitungen 52 können - wenn zwei Leitungen 52 vorgesehen sind - einander diametral gegenüber liegen (Fig. 7) oder in einer Hälfte der Zyklonkammer 5 liegen (Fig. 6).
Die unteren Enden der Leitungen 52 münden in der Primärkammer 1, insbesondere unterhalb des Vorschubrostes 3 im Ascheraum, sodass aus der Zyklonkammer 5 abgeleitete Staubteilchen zusammen mit Asche entsorgt werden können.
An die Leitungen 52 können Gebläse 56 angeschlossen sein, die in den Leitungen 52 den Transport abgeschiedener Staubteilchen durch die Leitungen 52 unterstützende Strömungen erzeugen.
Die Kanäle sind mit Öffnung 54 (eine, mehrere) in gleicher Höhe oder verschiedener Höhe, die im oberen Bereich 25 der Zyklonverbrennung angebracht sind, mit den Überstromkanälen (Leitung 52) verbunden. Das in Rotation versetzte Rauchgas drückt die Staubteilchen tangential an den Außenbereich der Zyklonverbrennung. Die Staubteilchen werden in die tangential angebrachten Öffnungen 54, die mit den Leitungen 52 verbunden sind, gedrückt, wodurch die Staubteilchen über die Leitungen 52 wieder in die Primärkammer 1 zurückbefördert, oder über eine nachfolgende Aschenlogistik abtransportiert werden. Die Geschwindigkeit der Rotation des Rauchgases in der Zyklonkammer 5 ("Tangentialgeschwindigkeit") bestimmt die Korngröße der in die Mündungen 54 eintretenden und über die Leitungen 52 abgeschiedenen Staubteilchen.
In einer abgeänderten Ausführungsform (Fig. 8) können die gereinigten Rauchgase aus der Zyklonkammer 5 auch nach oben hin austreten. Bei dieser Ausführungsform ist im Deckel 19 ein Stutzen 21 vorgesehen, an dem ein Rauchgasabzug angeschlossen ist. Der Stutzen 21 kann mit und ohne (in die Zyklonkammer 5 ragendes) Tauchrohr ausgebildet sein. Das Ableiten von Rauchgas kann in allen Varianten mit und ohne Querschnittvergrößerung im Außenmantel erfolgen.
Ein erheblicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es, dass sich dank der besonderen Anordnung und Betrieb der Düsen (vgl. Fig. 2 bis 5) in der Zyklonkammer 5 einer Wirbelschicht ähnliche Verhältnisse ausbilden können, wobei Stoffe in der Wirbelschicht von unten durch Übertritt aus der Brennerkammer 1, in welcher die Vorschubrostfeuerung ausgeführt wird, zugeführt und Rauch- oder Verbrennungsgase durch den seitlichen Auslass 21 (oder nach oben) abgezogen werden.
Bei der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsform sind im Bereich 17 (Fig. 1) für das Ausbilden einer Zyklonverbrennung in der Zyklonkammer 5 vier Düsenstöcke 30 und 31 zum Zuführen von Luft vorgesehen. Die Düsenstöcke 30 und 31 sind so ausgerichtet, dass die Achsen ihrer Mündungen und damit die aus ihnen austretenden Luftströme zu einer Durchmesserlinie 32, die zwischen benachbarten Düsenstöcken 30 und 31 vorgesehen ist, parallel ausgerichtet sind, d.h. das die Luftströme aus den Düsenstöcken 30 und 31 in die Zyklonkammer 5 im Wesentlichen tangential eintreten.
Bei der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsform wird entweder das Paar mit den Düsenstöcken 30 (Fig. 3) oder das Paar mit den Düsenstöcken 31 (Fig. 2) mit Luft beaufschlagt, so dass sich einmal eine Drehrichtung des Zyklons im Uhrzeigersinn (Fig. 3) und im anderen Fall eine Drehrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn (Fig. 2) ergibt.
Bei der in den Fig. 4 und 5 gezeigten Ausführungsform sind im Bereich der Zyklonkammer 5 zwei Sätze von Düsen, nämlich Düsen 40 und Düsen 41 vorgesehen, die beispielsweise in unterschiedlichen Höhen (übereinander) in der Wand der Zyklonkammer 5 angeordnet sind.
Die Düsen 40 und 41 sind zur Innenwand der Zyklonkammer 5 im Wesentlichen tangential ausgerichtet, so dass sich bei Betrieb der Düsen 40 eine Drehbewegung des Zyklons im Uhrzeigersinn (Fig. 4) bzw. beim Beaufschlagen der Düsen 41 eine Drehbewegung des Zyklons entgegen dem Uhrzeigersinn (Fig. 5) ergibt.
Bei den Ausführungsformen der Fig. 2 und 3 einerseits, sowie der Fig. 4 und 5 andererseits ist auch in Betracht gezogen, dass übereinander mehrere Paare von Düsenstöcken 30 und 31 sowie Sätze von Düsen 40 und 41 in verschiedenen Höhen der Zyklonkammer 5 angeordnet sind.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung und die Beaufschlagung von Düsenstöcken 30, 31 bzw. Düsen 40, 41 mit Luft ergeben sich beim Ausführen des Verfahrens der Erfindung ebenso wie beim Betrieb der Vorrichtung der Erfindung erhebliche Vorteile beim Nachverbrennen im Zyklon in der Zyklonkammer 5, da die Drehrichtung umgedreht werden kann, einerseits, und durch Wahl der Stärke/Geschwindigkeit, mit der Luft aus den Düsenstöcken 30, 31 bzw. Düsen 40, 41 austritt auch eine Einstellung der Art des Zyklons, nämlich turbulent oder eine reine Wirbelschicht, andererseits.
Durch Ändern der Tangentialgeschwindigkeit in der Zyklonkammer 5 können die Parameter der Verbrennung in der Zyklonkammer 5 so eingestellt werden, dass eine optimale Verbrennung erzielt wird. So wird auch erreicht, dass in dem Rauchgas der Rohstaubgehalt verringert wird. Schließlich ergibt sich auch ein Vorteil, dass eine Reinigung der Feuerbox erreicht werden kann.
Zusammenfassend kann ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie folgt beschrieben werden:

Bei einem Verfahren zum Verbrennen fester Brennstoffe, insbesondere Biomassen, wird eine Vorrichtung verwendet, die eine Brennerkammer 1 besitzt, in der auf einen Vorschubrost 3 eine Primärverbrennung ausgeführt wird. Oberhalb der Brennerkammer 1 ist eine Zyklonkammer 5 angeordnet, in welcher eine Zyklonverbrennung ausgeführt wird. In der Zyklonkammer 5 wird eine Drehbewegung der Rauchgase und in dieser enthaltener Feststoffe bewirkt, wodurch Feststoffe nach außen gedrückt werden und gegebenenfalls, wenn sie nicht in der Zyklonverbrennung verbrennen, teils direkt und teils über Leitungen 52 zurück in die Brennerkammer 1 geleitet werden bzw. als Staubabscheidung dienen, indem die Flugasche tangential aus der Brennerkammer 1 herausgezogen wird, welche direkt in die Primärverbrennungskammer, unter den Rost oder über eine separate Aschenlogistik abtransportiert wird.

Claims

Verfahren zum Verbrennen fester Brennstoffe, insbesondere land- und forstwirtschaftlicher Biomasse, sowie Sonderbrennstoffe, wobei eine Primärverbrennung in einer Kammer mit einem Rost ausgeführt wird und wobei eine Sekundärverbrennung als Zyklonverbrennung ausgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass feste, insbesondere staubförmige, Verbrennungsrückstände aus dem Bereich der Sekundärverbrennung unmittelbar in den Bereich der Primärverbrennung geleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Verbrennungsrückstände aus dem Außenbereich der Sekundärverbrennung abgezogen werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Primärverbrennung als Vorschubrostfeuerung ausgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsrückstände in den Bereich unterhalb des Vorschubrostes geleitet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zyklonverbrennung oberhalb der Primärverbrennung mit im Wesentlichen lotrechter Achse der Drehbewegung ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Luft abwechselnd aus zwei von vier über den Umfang der Kammer der Zyklonverbrennung verteilt angeordneten Düsenstöcken, wobei die zwei Düsenstöcke einander diametral gegenüberliegen, in die Zyklonverbrennung eingeblasen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Luft abwechselnd, mit gleicher oder unterschiedlicher Intensität, aus Düsen eines Satzes von zwei Sätzen von Düsen in die Zyklonverbrennung eingeblasen wird, wobei die aus den Düsen der beiden Sätze austretenden Luftströme entgegengesetzt tangential oder im Wesentlichen tangential ausgerichtet sind.
Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einer Kammer (1), in der ein Rost (3) für das Ausführen einer Vorschubrostfeuerung vorgesehen ist, und einer Zyklonkammer (5) mit lotrechter Achse (7), in welcher eine Zyklonverbrennung ausgeführt wird, wobei die Zyklonkammer (5) für die Zyklonverbrennung und die Kammer (1) mit der Vorschubrostfeuerung durch eine Verbindungsöffnung (15) miteinander in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zyklonkammer (5) über wenigstens eine Leitung (52) mit der Kammer (1) mit der Vorschubrostfeuerung verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang (15) zwischen der Kammer (1) für die Vorschubrostfeuerung und der Zyklonkammer (5) für die Zyklonverbrennung einen gegenüber der Querschnittsfläche der Zyklonkammer (5) kleinere Querschnittsfläche aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Düse für das Zuführen von Luft in die Zyklonkammer (5) für die Zyklonverbrennung in den Bereich (17) zwischen der Verbindungsöffnung (15) und der Rippe (23) tangential einmündet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Brennkammer (1) für die Primärverbrennung ein Vorschubrost (3) vorgesehen ist, dem eine Vorrichtung (13) zum Zuführen von festen Brennstoffen (11) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wand der Zyklonkammer (5) ein erster Satz Düsen (40), die annähernd tangential ausgerichtet sind, einerseits, und ein zweiter Satz Düsen (41), die annähernd tangential zur Zyklonkammer (5) ausgerichtet sind, andererseits, vorgesehen sind und dass die Düsen (40) des ersten Satzes und die Düsen (41) des zweiten Satzes in entgegengesetzte Richtungen ausgerichtet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zyklonkammer für die Zyklonverbrennung mit Abstand von der Verbindungsöffnung zwischen Kammer für Vorschubrostfeuerung und Zyklonkammer für die Zyklonverbrennung eine nach innen weisende, nach innen vorspringende Rippe, insbesondere eine Ringrippe, aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (52) von dem oberhalb der Rippe (23) vorgesehenen erweiterten Abschnitt der Zyklonkammer (5) ausgeht.