EP2762819A1 - Brenner für feste Brennstoffe mit drehbarem Brennrohr - Google Patents

Brenner für feste Brennstoffe mit drehbarem Brennrohr Download PDF

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EP2762819A1
EP2762819A1 EP14450002.2A EP14450002A EP2762819A1 EP 2762819 A1 EP2762819 A1 EP 2762819A1 EP 14450002 A EP14450002 A EP 14450002A EP 2762819 A1 EP2762819 A1 EP 2762819A1
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    • F27D99/0033—Heating elements or systems using burners

Definitions

  • the invention relates to a burner for solid fuels, in particular for wood pellets or other biogenic fuels, such as pellets of vegetable waste or wood chips, with a about a substantially horizontal axis rotatable combustion chamber, which consists of a provided with radial air intakes rotatable combustion tube and an inner circumferential groove eiimide fixed end plate is formed.
  • the present invention can meet these requirements better than the previously known embodiments (from WO 2008 141594 A2 . GB 2198519A . US 6164220 and others), paying attention to a simple and inexpensive construction without complicated sealing systems and to a reliable and service-friendly design.
  • the invention relates to a burner for solid fuels, with a about a substantially horizontal axis rotatable combustion chamber, which is formed from a provided with radial air inlets rotatable combustion tube and in an inner circumferential groove eiimide fixed end plate.
  • the combustion tube is mounted on rollers and provided with a race and a sprocket.
  • the rollers are arranged so that they are in the air flow of the combustion air and are cooled by this.
  • a toothed gear which is preferably mounted under the combustion tube in the housing engages on the one hand in the toothing of the ring gear on the combustion tube and is driven on the other side by a gear wheel mounted on the shaft of a geared motor, see FIGS. 1 and 2 ,
  • the rear end plate of the combustion chamber is not connected to the combustion tube, but engages in a circumferential groove on the inside of the combustion tube and guides the combustion tube in the axial direction.
  • the end plate is connected to the outer tube of the fuel feeder screw and preferably has in the lower area air flow openings.
  • the fuel supply pipe is also traversed and cooled by a mounted at the top inside the housing bore with air.
  • the ignition unit can be mounted at the optimum location directly under the fuel supply pipe at the end plate to ensure rapid ignition of the introduced fuel without much smoke.
  • the fuel supply unit consists of the feeder screw and an upstream rotary valve, which are driven together ( Fig.1 ), or an upstream ball valve with self-closing spring drive ( Fig.2 ), which ensures that the combustion air is supplied only by the blower and can not be sucked through the fuel through, so no burn-back in case of failure of the blower can occur.
  • the drive of the combustion tube is independent of the drive of the fuel supply system, thereby not only during combustion periodically changeable over a control times, the burner tube can be further rotated briefly to maintain the self-cleaning effect, it can be carried out before the ignition a Entaschungszyklus, where by longer Turning the combustion tube, the ash is carried out.
  • the rotation cycles can be controlled so that the combustion material located in the combustion tube is completely burned and no gassing left behind, which reduces the risk of burnback, increases the reliability and significantly reduces maintenance.
  • the arrangement of all components on and in a supporting closed housing not only creates a compact burner unit, which can be flanged to any oven, heat exchanger or boiler, it is caused by the flanged fan overpressure in the housing, which without additional air ducts or air ducting the combustion air leads to the individual air inlet openings of the combustion tube and at the same time cools all components, so that the burner is not hot outside even at full power.
  • the combustion air blower is preferably connected to a controller, where the air power can be changed, but the air flow can also be changed by the size and arrangement of the individual air inlet openings.
  • the drive of the combustion tube is carried by a mounted on the supporting housing 6 drive unit 13 with a gear, which engages in the toothed bearing roller.
  • This plate 7 is either on the burner feed tube as in Fig. 1 represented or on the supporting housing 6 as in Fig. 2 drawn attached and connected to the ignition device 4.
  • the fan 3 On the supporting housing, the fan 3 is mounted, the combustion air flows past the drive and bearing rollers in the combustion tube housing 8 and through the radial air inlets into the combustion tube. 1
  • the combustion tube housing (air guide housing) is sealed to the front of the combustion tube 5 and formed so that the combustion air flows mainly from below into the combustion tube and thus the fall-through of ashes is largely prevented.
  • the combustion tube housing 8 has a cleaning opening 10 at the bottom.
  • Part of the combustion air is passed through the ignition unit and the fuel supply unit and prevents burn-back when the burner tube is stationary.
  • cleaning and ash removal cycles can be programmed.

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Abstract

Vorrichtung zum Verbrennen von festen Brennstoffen, insbesondere Holzpellets, Hackgut und ähnliches, mit einem tragenden, an einen Ofen, Wärmetauscher, Boiler oder ähnlichem anflanschbarem tragenden Gehäuse, in dem ein vorzugsweise zylindrisches Brennrohr als Hauptteil einer Brennkammer auf Rollen oder Zahnrädern drehbar gelagert ist, wovon mindestens eine(s) angetrieben wird. Der Antrieb erfolgt formschlüssig über eine Verzahnung oder ähnliches von einer Antriebseinheit auf mindestens eine der Lagerrollen und von den Lagerrollen weiter auf das Brennrohr. Die axiale Führung des Brennrohres erfolgt durch eine in eine innenliegende umlaufende Nut des Brennrohres eingreifende Platte, welche mit der Brennstoffzuführungseinrichtung oder dem Brennergehäuse verbunden ist, und an der auch die Zündeinheit befestigt ist. Das tragende Gehäuse ist vorzugsweise luftdicht ausgeführt und leitet die Verbrennungsluft zum mit Lufteinlässen versehenen Brennrohr und zur Zündeinheit. Durch eine periodische Welterdrehung des Brennrohres während der Verbrennung entsteht ein Selbstreinigungseffekt der Brennkammer.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Brenner für feste Brennstoffe, insbesondere für Holzpellets oder andere biogene Brennstoffe, etwa Pellets aus pflanzlichen Abfällen oder Hackgut, mit einer um eine im wesentlichen horizontale Achse drehbaren Brennkammer, welche aus einem mit radialen Lufteinlässen versehenen drehbaren Brennrohr und einer in eine innenliegende umlaufende Nut eigreifende feststehende Abschlussplatte gebildet wird.
  • Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass mit Brennern mit drehbarer Brennkammer eine kontinuierliche und vollständige Verbrennung bei hohem Wirkungsgrad erreichbar ist und diese deshalb auch für Brennstoffe aus minderwertigeren Rohstoffen, wie etwa Pellets aus rasch nachwachsenden pflanzlichen Rohstoffen, gut geeignet sind. Bei der Verbrennung solcher Brennstoffe ist jedoch eine betriebssichere und langlebige Ausführung der Lagerung der drehbaren Brennkammer und die Anordnung der Antriebselemente besonders wichtig, um Störungen durch zu hohe Temperaturen bei Lager- und Antriebsteilen zu vermeiden. Wichtig ist auch die Art der Führung der Verbrennungsluft, da diese die kritischen Bauteile umströmen und kühlen soll.
  • Die vorliegende Erfindung kann diese Anforderungen besser als die bisher bekannten Ausführungen (aus WO 2008 141594 A2 , GB 2198519A , US 6164220 und anderen) erfüllen, wobei auf eine einfache und kostengünstig herstellbare Konstruktion ohne komplizierte Abdichtsysteme und auf betriebssichere und servicefreundliche Ausführung geachtet wurde.
    • Unterschiede zu bisherigen Ausführungen:
  • Bisherige Antriebsysteme, wie z.B. in US 6164220 ( EP 0906542B1 ) oder EP 0 346531 A1 oder AT 006506 U1 angeführt, haben den Nachteil dass die Antriebselemente direkt mit dem heißen Brennrohr verbunden sind, was durch Wärmeübertragung zu Problemen und kurzen Standzeiten führt. Durch den gemeinsamen Antrieb von Brennrohr und Brennstoffzuführungseinheit, wie in GB 2198519 A ( EP 0346531 A1 ), ist das Reinigen des Brennrohres durch Drehen vor und nach der Verbrennung nicht möglich.
  • Gegenüber WO2008/141594 ( EP 2 162 677 ) unterscheidet sich dieser Brenner dadurch,
    dass das Brennrohr nicht direkt axial und von einer Kette angetrieben wird, sondern über ein gelagertes Zwischenzahnrad, welches im kühlen Bereich unter dem Brennrohr angeordnet ist, und wo der Antriebsmotor unterhalb angeordnet ist,
    dass die hintere Abschlussplatte der Brennkammer nicht mit dem Brennrohr verbunden ist, sondern in eine umlaufende Nut des Brennrohres eingreift und dieses axial führt,
    dass die hintere Abschlussplatte am Rohr der Zubringerschnecke befestigt ist und die Zündvorrichtung dahinter fix angeordnet ist. Bei WO2008/141594 erfolgt die Entzündung des Brenngutes durch eine Bohrung in der sich mit dem Brennrohr drehenden Abschlussplatte, dadurch muss zum Zünden immer eine bestimmte Position der Brennkammer erreicht werden, welche über einen Sensor an die Steuerung gemeldet wird (ungenau und störungsanfällig). Die heiße Zündluft wird durch die Bohrung in der Abschlussplatte hindurch in die Brennkammer geblasen, dadurch Verluste und eine schlechtere Entzündung als bei direkter Anordnung der Zündeinheit an der feststehenden Abschlussplatte,
    dass das Gebläse an einem tragenden dichten Gehäuse angeflanscht ist und so keine weiteren Luftführungsschläuche oder Luftführungseinrichtungen erforderlich sind.
    • Beschreibung der erfindungsgemäßen Ausführung:
  • Die Erfindung betrifft einen Brenner für feste Brennstoffe, mit einer um eine im wesentlichen horizontale Achse drehbaren Brennkammer, welche aus einem mit radialen Lufteinlässen versehenen drehbaren Brennrohr und einer in eine innenliegende umlaufende Nut eigreifende feststehende Abschlussplatte gebildet wird.
  • Das Brennrohr ist auf Rollen gelagert und mit einem Laufring und einem Zahnkranz versehen. Die Rollen sind so angeordnet, dass sie im Luftstrom der Verbrennungsluft liegen und von diesem gekühlt werden.
  • Ein vorzugsweise unter dem Brennrohr im Gehäuse gelagertes Zahnrad greift einerseits in die Verzahnung des Zahnkranzes am Brennrohr ein und wird auf der anderen Seite von einem an der Welle eines Getriebemotors gelagertes Zahnrad angetrieben, siehe Figur 1 und 2.
  • Durch diese Anordnung erfolgt keine direkte Wärmeübertragung vom Brennrohr auf den Antriebsmotor und der Motor kann im kühlsten Bereich der Brennerumgebung platziert werden, trotzdem ist der Antrieb wartungsfrei und keine Nachstell- oder Nachspannvorrichtung erforderlich, wie das bei einem Kettentrieb erforderlich wäre.
  • Die hintere Abschlussplatte der Brennkammer ist mit dem Brennrohr nicht verbunden, sondern greift in eine umlaufende Nut auf der Innenseite des Brennrohres ein und führt das Brennrohr in axialer Richtung. Die Abschlussplatte ist mit dem Außenrohr der Brennstoff-Zubringerschnecke verbunden und hat vorzugsweise im unteren Bereich Luftdurchströmungsöffnungen.
  • Durch diese Anordnung erfolgt keine direkte Wärmeübertragung vom Brennrohr auf die Abschlussplatte. Durch die Luftöffnungen wird die Platte von der durchströmenden Verbrennungsluft gekühlt und dadurch wenig Wärme auf das Brennstoffzuführungsrohr übertragen, was die Gefahr eines Rückbrandes im Rohr verringert.
  • Das Brennstoffzuführungsrohr wird durch eine an der Oberseite innerhalb des Gehäuses angebrachte Bohrung ebenfalls mit Luft durchströmt und gekühlt.
  • Die Zündeinheit kann bei dieser Anordnung direkt unter dem Brennstoffzuführungsrohr an der Abschlussplatte an optimaler Stelle angebracht werden, um eine rasche Entzündung des eingebrachten Brennstoffes ohne viel Rauchentwicklung zu gewährleisten.
  • Die Brennstoffzuführungseinheit besteht aus der Zubringerschnecke und einer vorgeschalteten Zellradschleuse, welche gemeinsam angetrieben werden (Fig.1), oder einem vorgeschalteten Kugelventil mit selbstschließendem Federantrieb (Fig.2), wodurch gewährleistet ist, dass die Verbrennungsluft nur vom Gebläse geliefert wird und nicht durch den Brennstoff hindurch angesaugt werden kann, somit kein Rückbrand beim Ausfall des Gebläses entstehen kann.
  • Bei der Verbrennung von biogenen Brennstoffen ist das Problem, dass die Öffnungen für die Zufuhr von Verbrennungsluft nach einiger Zeit durch Asche und Schlacke und teerartige Verbrennungsrückstände verschlossen werden, was zu einer schlechten Verbrennung und großem Reinigungs- und Wartungsaufwand führt.
  • Mechanische Reinigungseinrichtungen sind aufwendig und störungsanfällig.
  • Durch periodische Weiterdrehung des Brennrohres während der Verbrennung wird die Asche unterstützt vom Luftstrom hinausbefördert und anhaftende Verbrennungsrückstände wieder weggebrannt, wodurch eine gleichbleibende gute Verbrennung ohne Reinigungs- und Wartungsaufwand gewährleistet ist.
  • Der Antrieb des Brennrohres erfolgt unabhängig vom Antrieb des Brennstoffzuführungssystems, dadurch kann nicht nur während der Verbrennung periodisch in über eine Steuerung veränderbaren Zeiten das Brennrohr kurz weitergedreht werden, um den Selbstreinigungseffekt aufrechtzuerhalten, es kann auch vor dem Zünden ein Entaschungszyklus durchgeführt werden, wo durch längeres Drehen des Brennrohres die Asche hinausbefördert wird.
  • Weiters können beim Abstellen des Brenners während des "Ausbrennens" die Drehzyklen so gesteuert werden, dass das im Brennrohr befindliche Brennmaterial vollständig verbrannt wird und keine Glutnester zurückbleiben, was die Gefahr von Rückbrand senkt, die Betriebssicherheit erhöht und den Wartungsaufwand erheblich reduziert.
  • Durch die Anordnung aller Bauteile an und in einem tragenden geschlossenen Gehäuse entsteht nicht nur eine kompakte Brennereinheit, welche an jeden Ofen, Wärmetauscher oder Boiler angeflanscht werden kann, es entsteht durch das angeflanschte Gebläse ein Überdruck im Gehäuse, welcher ohne zusätzliche Luftführungsschläuche oder Luftführungseinrichtungen die Verbrennungsluft zu den einzelnen Lufteintrittsöffnungen des Brennrohres führt und gleichzeitig alle Bauteile kühlt, sodass der Brenner auch bei voller Leistung außen nicht heiß wird.
  • Das Brennluftgebläse ist vorzugsweise an eine Steuerung angeschlossen, wo die Luftleistung verändert werden kann, der Luftstrom kann aber auch durch Größe und Anordnung der einzelnen Lufteintrittsöffnungen verändert werden.
  • In den Zeichnungen Fig. 1 und Fig. 2 werden erfindungsgemäße Ausführungsformen dargestellt.
    • Fig.1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Brenner mit einer waagrechten Brennstoffzuführungseinrichtung mit Schnecke,
    • Fig. 2 zeigt einen Schnitt quer durch einen Brenner mit einer Brennstoffzuführungseinrichtung durch einen von oben in die Brennkammer einmündenden Fallschacht,
    wobei das Brennrohr 1 auf der vorderen offenen Seite 5 auf zwei Rollen 14 im Luftführungsgehäuse 8 aufliegt und an der hinteren Seite einen Zahnkranz 11 trägt, der zwischen mindestens drei Rollen 12 gelagert ist, wovon mindestens Eine eine Verzahnung hat und in den Zahnkranz 11 eingreift.
  • Der Antrieb des Brennrohres erfolgt von einer am tragenden Gehäuse 6 angebrachten Antriebseinheit 13 mit einem Zahnrad, welches in die verzahnte Lagerrolle eingreift.
  • Die axiale Führung des Brennrohres erfolgt über die feststehende hintere Abschlussplatte 7, welche in die innenliegende umlaufende Nut des Brennrohres eingreift und die Brennkammer nach hinten abschließt.
  • Diese Platte 7 ist entweder am Brennerstoffzuführungsrohr wie in Fig. 1 dargestellt oder am tragenden Gehäuse 6 wie in Fig. 2 gezeichnet befestigt und mit der Zündvorrichtung 4 verbunden.
  • Am tragenden Gehäuse ist das Gebläse 3 angebracht, die Verbrennungsluft strömt an den Antriebs- und Lagerrollen vorbei in das Brennrohrgehäuse 8 und durch die radialen Lufteinlässe in das Brennrohr 1.
  • Das Brennrohrgehäuse (Luftführungsgehäuse) ist vorne zum Brennrohr abgedichtet 5 und so ausgebildet, dass die Verbrennungsluft hauptsächlich von unten in das Brennrohr strömt und so das Durchfallen von Asche weitgehend verhindert wird.
  • Das Brennrohrgehäuse 8 hat unten eine Reinigungsöffnung 10.
  • Ein Teil der Verbrennungsluft wird durch die Zündeinheit und die Brennstoffzuführungseinheit geführt und verhindert einen Rückbrand bei stillstehendem Brennrohr.
  • Durch eine Weiterdrehung des Brennrohres nach einer in Abhängigkeit von der verbrannten Brennstoffmenge einstellbaren Zeit um einen bestimmten Drehwinkel wird das Brennmaterial weiterbefördert und frisches Brennmaterial kann nachgefördert werden bzw. bei der Ausführung nach Fig. 2 im Fallschacht nachrutschen, um einen Rückstau zu verhindern.
  • Durch die periodische Weiterdrehung kann somit eine größere Leistung erzielt werden und gleichzeitig erfolgt eine Selbstreinigung des Brenners, da nicht nur die Asche hinausbefördert wird, sondern auch anhaftende Verbrennungsrückstände und Ablagerungen abgebrannt werden.
  • Durch zwei voneinander unabhängige Antriebe für Brennrohr und Brennstoffzuführungseinheit können Reinigungs- und Entaschungszyklen programmiert werden.

Claims (7)

  1. Vorrichtung zum Verbrennen von festen Brennstoffen, zum Beispiel Holzpellets, Hackgut und ähnliches, mit einem drehbaren Brennrohr (1) als Brennkammer, einer Brennstoffzuführungsvorrichtung (2), einem Gebläse (3), einer Zündvorrichtung (4), und einem Auslass (5) für Flammen und Verbrennungsgase, einem Luftführungsgehäuse über dem Brennrohr, welches zum Brennrohr auslassseitig abgedichtet ist, und einem tragenden Gehäuse, in dem das Brennrohr auf Rollen oder Zahnrädern drehbar gelagert ist,
    dadurch gekennzeichnet , dass mindestens eines der Räder angetrieben wird.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragung von den angetriebenen Rollen zum Brennrohr formschlüssig, z.B. durch eine Verzahnung, erfolgt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hintere Abschluss des Brennrohres durch eine Platte (7) erfolgt, welche an der Brennstoffzuführungsvorrichtung (2) oder an Brennergehäuse (6) befestigt ist und durch die das Brennmaterial in die Brennkammer gefördert wird.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennrohr durch die hintere Platte axial geführt wird.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündvorrichtung an der hinteren Platte (7) des Brennrohres oder an der Brennstoffzuführungsvorrichtung befestigt ist und die heiße Zündluft durch eine Ausnehmung in der Platte auf das Brennmaterial strömt.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse (3)an dem tragenden Gehäuse (6), befestigt ist und die Verbrennungsluft durch dieses und durch das Brennrohrgehäuse zum Brennrohr und zur Zündvorrichtung (4) geführt wird.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Antriebseinheit (11) an dem tragenden Gehäuse (6) angeordnet ist, welche formschlüssig über Zahnräder oder ähnliches das Brennrohr direkt oder über Lagerrollen antreibt .
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