EP2989388A2 - Kleinfeuerungsanlage mit verbesserter lüftung und zyklonartiger brennkammer - Google Patents

Kleinfeuerungsanlage mit verbesserter lüftung und zyklonartiger brennkammer

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EP2989388A2
EP2989388A2 EP14719341.1A EP14719341A EP2989388A2 EP 2989388 A2 EP2989388 A2 EP 2989388A2 EP 14719341 A EP14719341 A EP 14719341A EP 2989388 A2 EP2989388 A2 EP 2989388A2
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EP
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combustion
zone
small
plant according
air
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EP14719341.1A
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Mohammadshayesh Aleysa
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Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Publication date
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    • F23G5/02—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment
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    • F23N3/00—Regulating air supply or draught
    • F23N3/002—Regulating air supply or draught using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2900/00—Special features of, or arrangements for controlling combustion
    • F23N2900/05002—Measuring CO2 content in flue gas

Definitions

  • the application relates to an improved small combustion plant.
  • a method and a device for burning solid fuels is known.
  • a device which has a burner chamber in which a primary combustion is carried out on a feed grate.
  • a cyclone chamber is arranged, in which a
  • Cyclone combustion is performed.
  • a rotational movement of the flue gases and contained in these solids is effected, whereby solids are pressed to the outside and optionally, if they do not burn in the cyclone combustion, partly directly and partly via lines back into the burner chamber or serve as dust removal.
  • the fly ash is pulled tangentially out of the burner chamber and transported directly into the primary combustion chamber, under the grate or via a separate ash logistics.
  • the object of the invention is therefore to provide small combustion systems, which have a reduced pollution burden with limited equipment cost.
  • Combustion zone for combustion of fuel gas is to be provided.
  • a first fan for supplying primary air into the gasification zone and a second fan for supplying secondary air into the combustion zone is provided.
  • the first fan is controllable in dependence on the desired performance of the small combustion system and / or the second fan is controllable in dependence on a desired oxygen content in the exhaust air of the combustion zone.
  • Combustion zone leads to a decrease in the combustion temperature, whereby the combustion deteriorates and both CO values and fine dust values can increase. This is aggravated by the fact that the lowered air supply into the gasification zone lowers the fuel gas production. This also contributes to excess air and to the problems mentioned.
  • the small combustion plants described here are gasification boilers, ie plants in which solid fuel is first gasified to provide fuel gas and the fuel gas is subsequently burned.
  • Incineration plants are valid according to valid legal regulations in Germany at the time of application up to a capacity of 1 MW as small combustion plants. As a rule, the power is about 100 kW to 200 kW, with plants with a capacity of about 400 kW are still widespread.
  • a preheating of primary air and secondary air is usually useful and can be done for example by heat transfer from exhaust air in a heat exchanger.
  • the structure described above allows a simple remedy and leads to a noticeable reduction in emissions.
  • a low oxygen content is to be selected for a combustion that is as low in emissions as possible and at the same time provides high efficiency.
  • the desired oxygen content is an empirical value, which results above all from the efficiency and a desired low CO content in the exhaust gas.
  • the CO content is a good indicator of the quality of the combustion.
  • Combustion zone To think about the temperature in the exhaust gas and / or the temperature in the combustion zone. It is conceivable to detect the temperature at different points of the combustion zone. Also, the CO e content in the exhaust gas can be used. The Co e content is the sum of CO, CH 4 and other non-fully combusted carbonaceous material
  • the desired oxygen content is between 4% and 6%.
  • the data are percent by volume, ie the percentage of the oxygen volume flow in the total volume flow.
  • the desired oxygen content is dependent on the structure of the small combustion plant.
  • the induced draft fan should not take over the control of the air supply in the combustion zone and / or gasification zone. This is done as shown by the first fan and the second fan and the associated control parameters. However, the induced draft fan can be incorporated indirectly into the regulation of the first and second blower, since in particular the second blower with lower power can deliver the same volume flow when the induced draft blower is in operation.
  • the induced draft fan is here in
  • the combustion zone is designed in multiple stages, wherein in particular a main combustion stage and a post-combustion stage are present. This can be realized in the form of a stacked combustion chamber, in which the different combustion stages are arranged one above the other.
  • An important embodiment of the invention which is also significant regardless of the above-described invention of two separate blowers for primary air and secondary air, provides as a main combustion stage, a combustion chamber in the form of a cyclone.
  • Cyclone chambers are known for dedusting, also for afterburning.
  • Such a combustion chamber allows a good mixing of air and fuel gas and thus good combustion, so that the combustion chamber both as Hauptverbrennungsze and at the same time as
  • the combustion chamber in the form of a cyclone normally has to withstand high temperatures of up to 1400 ° C. Therefore, the combustion chambers are usually made of stone, with other materials that can withstand high temperatures in question.
  • the known cyclones for dedusting are regularly made of metal and would usually not withstand the temperatures when used as a combustion chamber. With good combustion management and suitable combustion chamber in the form of a cyclone can often be omitted, the post-treatment stage.
  • a dip tube is present, so that a sufficient mixing of fuel gas and secondary air and a sufficient residence time of the fuel gas in the combustion chamber in the form of a cyclone is forced.
  • the cyclone has a round cross-section that tapers downwards.
  • the dip tube protrudes from above into the combustion chamber and is arranged centrally.
  • the fuel gas and the air, more precisely the secondary air, are injected laterally into the combustion chamber.
  • a flow is forced around the axis of the combustion chamber which leads along the wall of the combustion chamber.
  • the flow also receives a component of motion down, so that the
  • a combustion chamber in the form of a cyclone, in particular embodiments with a dip tube thus have particular advantages when operating in the low power range.
  • a supply of tertiary air into the combustion zone is possible.
  • the tertiary air is in usually supplied only after fuel gas and secondary air have traveled a certain way in the combustion chamber. Until then, by the combustion of the oxygen content may have dropped, so that a supply of tertiary air the
  • the tertiary air can be diverted from the secondary air, but it is also possible to provide a separate fan for the tertiary air. Normally, it makes sense to use preheated secondary air and tertiary air to avoid cooling down at the feed point and a concomitant inferior combustion.
  • an aftertreatment step is present. This can work thermally or catalytically.
  • soot builds up at low temperatures, which is burned free again at high temperatures. This reduces the amount of unburned soot that would be emitted at low temperatures.
  • a catalytic post-treatment stage With the help of a catalyst, incompletely burnt soot is burned even at lower temperatures.
  • the aftertreatment step is formed by a flowable structure having a high surface area, with ceramic components preferably being usable. Since the surface plays a decisive role both in thermal mode of operation and in catalytic operation, a large surface makes sense.
  • Fuel gas supply which is to promote fuel gas and secondary air into the combustion chamber in the form of a cyclone, is designed as Venturi channel. This results in an improved mixing of fuel gas and secondary air.
  • Venturi channel is formed. This allows a better mixing of the flow in the dip tube.
  • tertiary air which is often blown into the dip tube, can be better mixed with the exhaust gas, which can take place in the dip tube improved afterburning. Further details will be described below with reference to the figures. Shown
  • FIG. 1 shows a systematic structure of a small combustion system.
  • FIG. 2 shows a representation of a stack combustion chamber
  • Fig. 3 is a combustion chamber in the form of a cyclone
  • FIG. 4 shows a combustion chamber in the form of a cyclone with Venturi ducts
  • a small combustion plant 1 can be seen.
  • a gasification zone 2 is shown.
  • Primary air enters the gasification zone 2 through a primary air supply line 3.
  • the primary air flows from different sides into the gasification zone. This is effected by a first blower 4.
  • the first fan 4 is regulated depending on the desired performance of the small combustion plant 1.
  • the gasification zone 2 is produced by means of pyrolysis in a conventional manner from the primary air and fuel used, often firewood, serving as a fuel gas carbonization gas. The fuel gas flows through
  • Distribution system 5 in a combustion zone 6.
  • the mass flow of the fuel gas flowing through the distribution system 5 is crucial by the
  • the combustion zone 6 has a supply line 7 in which a second blower 8 for supplying the secondary air is located.
  • the second fan also serves to supply tertiary air, as will be explained in more detail below.
  • the resulting during combustion exhaust gas flows into an exhaust passage 9. This is largely supported by a Saugzuggebläse 10, which is regulated so that in the exhaust passage 9 a desired negative pressure, so that the exhaust gas from the combustion zone 6 flows into the exhaust passage 9.
  • Fig. 2 shows the combustion zone 6 in more detail. One is used here
  • the distribution system 5 is shown, through which the fuel gas enters the main combustion stage 1 1.
  • the secondary air and tertiary air is promoted.
  • the channel 7 extends in a manner not shown here on a combustion chamber surrounding the combustion zone 6 or along a gasification zone surrounding the gasification chamber 2.
  • the secondary air passes through a secondary air line 1 2 in the main combustion stage 1 1. This is served by a series of nozzles, which in different levels in the inner walls of the
  • Main combustion stage 1 1 surrounding chamber are arranged.
  • Main combustion stage 1 the combustion takes place substantially.
  • the exhaust gas leaving the main combustion stage 11 still contains a considerable amount of unburned constituents.
  • a post-combustion stage 13 a further combustion takes place.
  • tertiary air is supplied via a tertiary air line 14. Secondary air and tertiary air thus differ only in which region of the combustion zone the supply takes place.
  • the post-combustion stage 1 3 is a compactly constructed module which is divided into several sectors. In each sector there is a turbulator for the intensification of the mixing with the tertiary air and separation of
  • the exhaust gas leaves the post-combustion stage 13 and enters a
  • Post-treatment step 1 5 is a three-dimensional porous structure consisting of loose materials and depending on the material and operating phase or existing conditions thermally and / or catalytically.
  • the aftertreatment stage 1 5 provides both for the further treatment of the hardly oxidizable components, the main combustion stage 1 1 and the
  • Post-combustion stage 13 can happen, as well as for the deposition and
  • a particular advantage of the aftertreatment stage 1 5 is that the hot structure, the activation energy for the reaction such. B. can provide at the burn-out. In addition, the inorganic particulate matter in this structure by various effects, such. B.
  • inorganic dusts are cleaned.
  • the shaking can be done manually or automatically by a vibrator.
  • a combustion chamber 1 6 shown in Fig. 3 can be used in the form of a cyclone.
  • the coming from the gasification zone 2, not shown here fuel gas is through the
  • a mixing area 1 7 heated secondary air is added.
  • the mixture of secondary air and fuel gas flows from the side into the upper region 18 of the combustion chamber 1 6 a. This causes a circulation of the mixture along with a further mixing.
  • the mixture flows, as it were on a helix further down in the tapered combustion chamber 1 6 in a lower portion 1 9 of the combustion chamber 1 6.
  • the lower region 19 is essentially the combustion, so that it corresponds to the main combustion stage. From the lower portion 19 flows at the
  • the combustion chamber 16 shown in FIG. 4 differs from the combustion chamber shown in FIG. 3 in that, for improved flow guidance, the distribution system 5 downstream of the admixing area 17 is designed as a Venturi channel 22. Likewise, the dip tube 20 is designed as Venturi channel 23.

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Abstract

Vorgestellt wird eine Kleinfeuerungsanlage (1) zur Verbrennung von festen Brennstoffen mit einer Vergasungszone (2) zur Erzeugung von Brenngas und einer Verbrennungszone (6) zur Verbrennung von Brenngas, mit einem ersten Gebläse (4) zur Zufuhr von Primärluft in die Vergasungszone (2) und einem zweiten Gebläse (8) zur Zufuhr von Sekundärluft in die Verbrennungszone (6), wobei das erste Gebläse (4) in Abhängigkeit von der gewünschten Leistung der Kleinfeuerungsanlage (1) regelbar ist und/oder das zweite Gebläse (8) in Abhängigkeit von einem gewünschten Sauerstoffgehalt in der Abluft der Verbrennungszone (6) regelbar ist.

Description

Patentanmeldung:
Kleinfeuerungsanlage mit verbesserter Lüftung und zyklonartiger Brennkammer
Die Anmeldung betrifft eine verbesserte Kleinfeuerungsanlage.
Aus der EP 2 426 414 A2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbrennen fester Brennstoffe bekannt. Dabei wird eine Vorrichtung verwendet, die eine Brennerkammer besitzt, in der auf einem Vorschubrost eine Primärverbrennung ausgeführt wird.
Oberhalb der Brennerkammer ist eine Zyklonkammer angeordnet, in welcher eine
Zyklonverbrennung ausgeführt wird. In der Zyklonkammer wird eine Drehbewegung der Rauchgase und in diesen enthaltener Feststoffe bewirkt, wodurch Feststoffe nach außen gedrückt werden und gegebenenfalls, wenn sie nicht in der Zyklonverbrennung verbrennen, teils direkt und teils über Leitungen zurück in die Brennerkammer geleitet werden bzw. als Staubabscheidung dienen. Dazu wird die Flugasche tangential aus der Brennerkammer herausgezogen und direkt in die Primärverbrennungskammer, unter den Rost oder über eine separate Aschenlogistik abtransportiert.
Aus Holzvergaser-Forum - Thema: Lambdacheck + PelletkesseL
URL: http://www. holzvergaser-forum.de/index.php/forum/lambdacheck/8195- lambdacheck-pelletkessel
und Holzvergaserforum- Home. März 201 2. URL:
https://web.archive.Org/web/2013031209041 6/http:l/holzvergaser-forum.de/
sowie Haustechnik-Dialog - Holzvergaser: Optimaler Restsauerstoffgehalt, Lambdasonde, FHG 3000 turbo. URL: http://www. haustechnikdialog.de/Forum/t/55364/Holzvergaser- Optimaler- Restsauerstoffgehalt-Lambdasonde-FHG-3000-turbo [alle abgerufen am 1 6.1 .2014] ist eine Regelung von Kleinfeuerungsanlagen zum erreichen eines gewünschten Sauerstoffgehalts bekannt. Aus der bereits erwähnten Quelle Holzvergaserforum- Home. März 2012. URL:
https://web.archive.Org/web/2013031209041 6/http:l/holzvergaser-forum.de/ ist auch bekannt die Optimierung der Primär- und Sekundärluftzufuhr getrennt vorzunehmen.
Aus der EP 0 289 355 A2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbrennung organischen Materials bekannt, bei der ein Gas und Luft in eine Verbrennungskammer geführt werden. Die Verbrennungskammer weist eine durch Drehung um eine
Längsachse gebildete Oberfläche auf.
Aus der DE 1 95 25 1 06 C 1 ist eine Großfeuerungsanlage für festes Brenngut mit einem das Brenngut fortlaufend umschichtenden und durch verschiedene Zonen führenden Vorschubrost bekannt.
Häusliche Kleinfeuerungsanlagen sind eine wesentliche Quelle für Emissionsbelastungen für Feinstaub und gasförmige Schadstoffe. Problematisch hierbei ist zusätzlich, dass diese Emissionsbelastungen in Wohngebieten auftreten. Aufgabe der Erfindung ist es daher Kleinfeuerungsanlagen bereitzustellen, die mit begrenztem apparativem Aufwand eine reduzierte Schadstoffbelastung aufweisen.
Es wurde erkannt, dass eine Kleinfeuerungsanlage zur Verbrennung von festen
Brennstoffen mit einer Vergasungszone zur Erzeugung von Brenngas und einer
Verbrennungszone zur Verbrennung von Brenngas bereitzustellen ist. Dabei ist ein erstes Gebläse zur Zufuhr von Primärluft in die Vergasungszone und ein zweites Gebläse zur Zufuhr von Sekundärluft in die Verbrennungszone vorzusehen. Dabei ist das erste Gebläse in Abhängigkeit von der gewünschten Leistung der Kleinfeuerungsanlage regelbar und/oder das zweite Gebläse ist in Abhängigkeit von einem gewünschten Sauerstoffgehalt in der Abluft der Verbrennungszone regelbar.
Bei bisherigen derartigen Anlagen, die eine Vergasungszone und eine Verbrennungszone aufweisen, ist ein Saugzuggebläse in der Abluft der Verbrennungszone üblich, aber keine zwei getrennten Gebläse. Die Aufteilung der Primärluft und der Sekundärluft erfolgt über Klappen die motorisch angesteuert sind oder manuell betrieben werden. Dies gestattet nur eine unzureichend genau dosierte Luftzufuhr. Dies soll anhand des nachfolgenden Beispiels näher erläutert werden: Beim Vergasungsprozess kann fester Brennstoff in der Vergasungszone abstürzen. Dies gilt für feste Brennstoffe allgemein. Wichtige Beispiele sind Scheitholz und Briketts. Damit ändert sich der Durchströmungswiderstand in der Vergasungszone. Dies kann dazu führen, dass etwa bei absinkendem
Strömungswiderstand zu wenig Luft in die Vergasungszone und zu viel Luft in die Verbrennungszone geführt wird. Der daraus folgende Luftüberschuss in der
Verbrennungszone führt zu einem Absinken der Verbrennungstemperatur, wodurch sich die Verbrennung verschlechtert und sowohl CO-Werte als auch Feinstaubwerte ansteigen können. Dies wird verschärft durch den Umstand, dass die abgesenkte Luftzufuhr in die Vergasungszone die Brenngasproduktion senkt. Dies trägt ebenfalls zum Luftüberschuss und zu den genannten Problemen bei.
Bei den hier beschriebenen Kleinfeuerungsanlagen handelt es sich um Vergasungskessel, also um Anlagen, in denen fester Brennstoff zunächst zur Bereitstellung von Brenngas vergast wird und das Brenngas nachfolgend verbrannt wird. Verbrennungsanlagen gelten nach in Deutschland zum Anmeldezeitpunkt gültigen gesetzlichen Bestimmungen bis zu einer Leistung von 1 MW als Kleinfeuerungsanlagen. Im Regelfall beträgt die Leistung etwa 100 kW bis 200 kW, wobei auch Anlagen mit einer Leistung von etwa 400 kW noch verbreitet sind.
Vollständigkeitshalber wird erwähnt dass als Primärluft und als Sekundärluft
normalerweise Umgebungsluft aus dem Freien dient. Eine Vorwärmung von Primärluft und Sekundärluft ist normalerweise sinnvoll und kann etwa durch Wärmeübertragung aus Abluft in einem Wärmetauscher erfolgen.
Der oben geschilderte Aufbau gestattet in einfacher Weise Abhilfe und führt zu einer spürbaren Reduktion der Emissionsbelastung. Zum gewünschten Sauerstoffgehalt ist auszuführen, dass ein für eine möglichst emissionsarme Verbrennung, die zugleich hohen Wirkungsgrad liefert, günstiger Sauerstoffgehalt zu wählen ist. Der gewünschte Sauerstoffgehalt ist ein Erfahrungswert, der sich vor allem aus dem Wirkungsgrad und einem angestrebten niedrigen CO-gehalt im Abgas ergibt. Der CO-Gehalt ist ein guter Indikator für die Qualität der Verbrennung.
Es ist auch denkbar weitere Parameter für die Regelung der Luftzufuhr in die
Verbrennungszone heranzuziehen. Zu denken ist an die Temperatur im Abgas und/oder die Temperatur in der Verbrennungszone. Dabei ist denkbar die Temperatur an verschiedenen Stellen der Verbrennungszone zu erfassen. Auch kann der COe -Gehalt im Abgas herangezogen werden. Beim Coe -Gehalt handelt es sich um die Summe von CO, CH4 und anderer nicht vollständig verbrannter kohlenstoffhaltiger
Verbrennungsprodukte.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der gewünschte Sauerstoffgehalt vom zwischen 4% und 6% beträgt. Bei den Angaben handelt es sich um Volumenprozent, also den prozentualen Anteil des Sauerstoffvolumenstroms am gesamten Volumenstrom. Der gewünschte Sauerstoffgehalt ist dabei vom Aufbau der Kleinfeuerungsanlage abhängig.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist zur verbesserten Abgasförderung ein
Saugzuggebläse vorhanden. Dabei ist zu beachten dass das Saugzuggebläse hier nicht die Regelung der Luftzufuhr in die Verbrennungszone und/oder Vergasungszone übernehmen soll. Dies wird wie dargestellt durch das erste Gebläse und das zweite Gebläse und die zugehörigen Regelungsparameter übernommen. Allerdings kann das Saugzuggebläse in die Regelung des ersten und zweiten Gebläses indirekt einfließen, da vor allem das zweite Gebläse mit niedrigerer Leistung denselben Volumenstrom liefern kann, wenn das Saugzuggebläse in Betrieb ist. Das Saugzuggebläse ist hierbei im
Regelfall so geregelt, dass ein gewünschter Unterdruck im Abgaskanal gehalten wird. In einer Ausführungsform ist die Verbrennungszone mehrstufig ausgeführt, wobei insbesondere eine Hauptverbrennungsstufe und eine Nachverbrennungsstufe vorhanden sind. Dies kann in Form einer Etagenbrennkammer verwirklicht werden, in der die verschiedenen Verbrennungsstufen übereinander angeordnet sind.
Eine wichtige Ausführungsform der Erfindung, die aber auch unabhängig von der oben beschriebenen Erfindung zweier getrennter Gebläse für Primärluft und Sekundärluft bedeutsam ist, sieht als Hauptverbrennungsstufe eine Brennkammer in Form eines Zyklons vor. Zyklonkammern sind zur Entstaubung, auch zur Nachverbrennung bekannt. Bei Kleinfeuerungsanlagen der hier beschriebenen Art ist es jedoch nicht bekannt, eine Brennkammer in Form eines Zyklons vorzusehen. Eine solche Brennkammer erlaubt eine gute Durchmischung von Luft und Brenngas und damit eine gute Verbrennung, so dass die Brennkammer sowohl als Hauptverbrennungsstufe wie zugleich auch als
Nachverbrennungsstufe dienen kann, wodurch ein Bauteil entfallen kann. Die
Brennkammer in Form eines Zyklons muss normalerweise hohen Temperaturen von bis zu 1400 °C standhalten. Daher sind die Brennkammern im Regelfall aus Stein aufgebaut, wobei auch andere Materialien, die hohen Temperaturen standhalten, in Frage kommen. Die bekannten Zyklone zur Entstaubung sind regelmäßig aus Metall und würden meist den Temperaturen bei der Nutzung als Brennkammer nicht standhalten. Bei guter Verbrennungsführung und geeigneter Brennkammer in Form eines Zyklons ist kann oft auch die Nachbehandlungsstufe entfallen. In einer Ausführungsform der Brennkammer in Form eines Zyklons ist ein Tauchrohr vorhanden, so dass eine hinreichende Durchmischung von Brenngas und Sekundärluft sowie eine hinreichende Verweilzeit des Brenngases in der Brennkammer in Form eines Zyklons erzwungen wird. Zum besseren Verständnis eine kurze Darstellung der
Funktionsweise an einem Beispiel: Das Zyklon hat einen runden Querschnitt, der sich nach unten hin verjüngt. Das Tauchrohr ragt von oben in die Brennkammer hinein und ist zentrisch angeordnet. Das Brenngas und die Luft, genauer gesagt die Sekundärluft, werden oben seitlich in die Brennkammer eingeblasen. Dabei wird eine Strömung um die Achse der Brennkammer erzwungen die an der Wand der Brennkammer entlang führt. Die Strömung erhält auch eine Bewegungskomponente nach unten, so dass das
Brenngas und die Sekundärluft gleichsam auf einer Schraubenlinie nach unten strömen. Dabei erfolgt eine gute Durchmischung von Brenngas und Sekundärluft. Da das
Gasgemisch mindestens bis zum unteren Ende des Tauchrohrs strömen muss, um durch das Tauchrohr hindurch als - bis dahin verbranntes - Abgas abströmen zu können, wird eine sogenannte Kurzströmung verhindert, bei der das einströmende Gas auf kurzem Weg, also weitgehend ohne Umwege, die Brennkammer wieder verlässt. Diese Gefahr bestünde ansonsten besonders bei niedrigen Brenngasvolumenströmen, welche bei niedrigen Leistungen auftreten. Eine Brennkammer in Form eines Zyklons, vor allem Ausführungsformen mit einem Tauchrohr haben also insbesondere Vorteile beim Betreib im niedrigen Leistungsbereich. In einer Ausführungsform ist eine Zufuhr von Tertiärluft in die Verbrennungszone möglich. Damit kann die Verbrennung weiter verbessert werden. Die Tertiärluft wird in der Regel erst zugeführt, nachdem Brenngas und Sekundärluft einen gewissen Weg in der Brennkammer zurückgelegt haben. Bis dahin kann durch die Verbrennung der Sauerstoffgehalt schon abgefallen sein, so dass eine Zufuhr von Tertiärluft die
Verbrennung verbessert. Die Tertiärluft kann dabei aus der Sekundärluft abgezweigt werden, es ist aber auch möglich, ein separates Gebläse für die Tertiärluft vorzusehen. Normalerweise ist es sinnvoll vorgewärmte Sekundärluft und Tertiärluft einzusetzen um eine Abkühlung an der Einspeisestelle und eine damit einhergehende schlechtere Verbrennung zu vermeiden.
In einer Ausführungsform ist eine Nachbehandlungsstufe vorhanden. Diese kann thermisch oder katalytisch arbeiten. Bei einer thermischen Nachbehandlungsstufe lagert sich bei niedrigen Temperaturen Ruß an, der bei hohen Temperaturen wieder freigebrannt wird. Damit wird die Menge an nicht verbranntem Ruß, der bei niedrigen Temperaturen emittiert würde, reduziert. Ebensolches wird mit einer katalytisch arbeitenden Nachbehandlungsstufe erreicht. Dabei wird mit Hilfe eines Katalysators bewirkt, dass unvollständig verbrannter Ruß auch bei niedrigeren Temperaturen verbrannt wird.
In einer Ausführungsform ist die Nachbehandlungsstufe durch eine durchströmbare Struktur mit einer hohen Oberfläche gebildet wird, wobei bevorzugt keramische Bauteile verwendbar sind. Da sowohl bei thermischer Arbeitsweise als auch bei katalytischer Arbeitsweise die Oberfläche eine entscheidende Rolle spielt, ist eine große Oberfläche sinnvoll.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass eine seitliche
Brenngaszufuhr, welche Brenngas und Sekundärluft in die Brennkammer in Form eines Zyklons fördern soll, als Venturikanal ausgebildet ist. Dadurch erfolgt eine verbesserte Durchmischung von Brenngas und Sekundärluft.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Tauchrohr als
Venturikanal ausgebildet ist. Dies gestattet eine bessere Durchmischung der Strömung im Tauchrohr. Insbesondere kann Tertiärluft, die häufig ins Tauchrohr eingeblasen wird, besser mit dem Abgas vermischt werden, wodurch im Tauchrohr eine verbesserte Nachverbrennung stattfinden kann. Weitere Einzelheiten sollen nachfolgend anhand der Figuren beschrieben werden. Dabei zeigen
Fig.1 einen systematischen Aufbau einer Kleinfeuerungsanlage Fig. 2 eine Darstellung einer Etagenbrennkammer
Fig. 3 eine Brennkammer in Form eines Zyklons
Fig. 4 eine Brennkammer in Form eines Zyklons mit Venturikanälen
In Fig. 1 ist eine Kleinfeuerungsanlage 1 zu erkennen. In dem umrandeten Bereich ist eine Vergasungszone 2 gezeigt. Durch eine Primärluftzufuhrleitung 3 gelangt Primärluft in die Vergasungszone 2. Wie durch die Pfeile angedeutet strömt die Primärluft von verschiedenen Seiten in die Vergasungszone. Dies wird durch ein erstes Gebläse 4 bewirkt. Das erste Gebläse 4 wird dabei abhängig von der gewünschten Leistung der Kleinfeuerungsanlage 1 geregelt. In der Vergasungszone 2 wird mit Hilfe von Pyrolyse in üblicher Weise aus der Primärluft und eingesetztem Brennstoff, häufig Scheitholz, als Brenngas dienendes Schwelgas erzeugt. Das Brenngas strömt durch ein
Verteilungssystem 5 in eine Verbrennungszone 6. Der Massenstrom des durch das Verteilungssystem 5 strömenden Brenngases wird entscheidend durch die
Primärluftzufuhr und damit durch den geeigneten Betrieb des ersten Gebläses 4 beeinflusst. Die Verbrennungszone 6 weist eine Zufuhrleitung 7 auf, in der sich ein zweites Gebläse 8 zur Zufuhr der Sekundärluft befindet. Das zweite Gebläse dient zugleich zur Zufuhr von Tertiärluft, wie unten noch genauer erklärt wird. Das bei der Verbrennung entstehende Abgas strömt in einen Abgaskanal 9. Dies wird maßgeblich unterstützt durch ein Saugzuggebläse 10, welches so geregelt ist, dass im Abgaskanal 9 ein gewünschter Unterdruck besteht, so dass das Abgas aus der Verbrennungszone 6 in den Abgaskanal 9 strömt. Fig. 2 zeigt die Verbrennungszone 6 detaillierter. Eingesetzt wird hier eine
Etagenbrennkammer. Unten ist eine Hauptverbrennungsstufel 1 gezeigt. Rechts ist das Verteilungssystem 5 dargestellt, durch die das Brenngas in die Hauptverbrennungsstufe 1 1 gelangt. Durch die links liegende Zufuhrleitung 7 wird die Sekundärluft und die Tertiärluft gefördert. Zur Vorwärmung der Sekundärluft und der Tertiärluft verläuft der Kanal 7 in hier nicht dargestellter Weise an einer die Verbrennungszone 6 umgebenden Brennkammer oder an einer die Vergasungszone 2 umgebenden Vergasungskammer entlang. Durch die Vorwärmung der Sekundärluft wird die Verbrennung durch eine geringe Abkühlung der Reaktionszonen und eine bessere Durchmischung der
Verbrennungsluft mit dem Brenngas deutlich verbessert. Die Sekundärluft gelangt durch eine Sekundärluftleitung 1 2 in die Hauptverbrennungsstufe 1 1 . Hierzu dient eine Reihe von Düsen, die in verschiedenen Ebenen in den Innenwänden der die
Hauptverbrennungsstufe 1 1 umgebenden Kammer angeordnet sind. In der
Hauptverbrennungsstufe 1 1 findet die Verbrennung im Wesentlichen statt. Das die Hauptverbrennungsstufe 1 1 verlassende Abgas enthält noch eine beachtliche Menge unverbrannter Bestandteile. In einer Nachverbrennungsstufe 13 erfolgt eine weitere Verbrennung. Um diese optimal ablaufen zu lassen, wird über eine Tertiärluftleitung 14 Tertiärluft zugeführt. Sekundärluft und Tertiärluft unterscheiden sich also nur darin, in welchem Bereich der Verbrennungszone die Zufuhr erfolgt. Bei der Nachverbrennungsstufe 1 3 handelt es sich um ein kompakt konstruiertes Modul, das in mehreren Sektoren unterteilt ist. Im jeden Sektor befindet sich ein Turbulator für die Intensivierung der Durchmischung mit der Tertiärluft und Abscheidung von
Staubpartikel, die die poröse Struktur blockieren können. Durch die kompakte Bauweise der Nachverbrennungsstufe1 3 kann weniger Wärmeverlust auftreten. Dadurch werden die oxidierbaren Bestanteile des Abgases in der effektiven Reaktionszone länger verweilen und somit wird eine bessere Oxidation gewährleistet. Die Turbulatoren werden manuell mit einem Hebel oder automatisch durch einen Vibrator von den
abgeschiedenen Stäuben gereinigt.
Das Abgas verlässt die Nachverbrennungsstufe 13 und gelangt in eine
Nachbehandlungsstufe 1 5. Bei der Nachbehandlungsstufe 1 5 handelt es sich um eine dreidimensionale poröse Struktur, die aus losen Materialen besteht und je nach Material und Betriebsphase bzw. vorhandenen Bedingungen thermisch und/oder katalytisch funktioniert. Die Nachbehandlungsstufe 1 5 sorgt sowohl für die weitere Behandlung der schwer oxidierbaren Komponenten, die die Hauptverbrennungsstufe 1 1 und die
Nachverbrennungsstufe 13 passieren können, als auch für die Abscheidung und
Sammlung von organischen Partikeln, wie etwa Ruß, in den Betriebsphasen, bei denen die Temperatur für eine vollständige Oxidation nicht ausreichend ist. Diese Partikel werden später bei Erreichen einer günstigen Temperatur vollständig oxidiert und dadurch wird die Struktur ohne zusätzliche Energie regeneriert. Ein besonderer Vorteil der Nachbehandlungsstufe 1 5 ist, dass die heiße Struktur die Aktivierungsenergie für die Reaktion wie z. B. bei der Ausbrandphase bereitstellen kann. Außerdem werden die anorganischen Feinstäube in dieser Struktur durch verschiedene Effekte, wie z. B.
Sperrung, Sedimentation und Diffusion, gefiltert. Dadurch steigt der Druckverlust an. Daher muss die Struktur von Zeit zu Zeit mechanisch durch Rütteln von den
anorganischen Stäuben gereinigt werden. Das Rütteln kann manuell erfolgen oder automatisch durch einen Vibrator.
Anstelle der Hauptverbrennungsstufe 1 1 und der Nachverbrennungsstufe 13 kann eine in Fig. 3 gezeigte Brennkammer 1 6 in Form eines Zyklons eingesetzt werden. Das aus der hier nicht dargestellten Vergasungszone 2 kommende Brenngas wird durch das
Verteilungssystem 5 zur Brennkammer 1 6 geführt. In einem Zumischungsbereich 1 7 wird erhitzte Sekundärluft zugemischt. Das Gemisch aus Sekundärluft und Brenngas strömt von der Seite in den oberen Bereich 18 der Brennkammer 1 6 ein. Dadurch wird eine Zirkulation des Gemischs einhergehend mit einer weiteren Vermischung bewirkt. Das Gemisch strömt gleichsam auf einer Schraubenlinie weiter nach unten in der sich verjüngenden Brennkammer 1 6 in einen unteren Bereich 1 9 der Brennkammer 1 6. Im unteren Bereich 19 erfolgt im Wesentlichen die Verbrennung, so dass dieser der Hauptverbrennungsstufe entspricht. Vom unteren Bereich 19 strömt das bei der
Verbrennung entstehende Abgas in ein in von oben in die Brennkammer eintauchendes Tauchrohr 20. Im Tauchrohr 20 erfolgt unter Zufuhr von vorgewärmter Tertiärluft eine weitere Verbrennung, die derjenigen in der Nachverbrennungsstufe entspricht. Das Abgas strömt von dort weiter in die Nachbehandlungsstufe 1 5, die angesichts der guten Verbrennung in der Brennkammer 1 6 oft entfallen kann. Durch die rotierende Strömung in der Brennkammer 1 6 werden feste Bestandteile nach außen geschleudert und fallen in den Aschekasten 21
Die in Fig. 4 gezeigte Brennkammer 1 6 unterscheidet sich von der in Fig. 3 gezeigten Brennkammer dadurch, dass zur verbesserten Strömungsführung das Verteilungssystem 5 strömungsabwärts vom Zumischungsbereich 1 7 als Venturi-Kanal 22 ausgeführt ist. Ebenso ist das Tauchrohr 20 als Venturi Kanal 23 ausgeführt.
Bezugszeichenliste
1 Kleinfeuerungsanlage
2 Vergasungszone
3 Primärluftzufuhrleitung
4 erstes Gebläse; Primärluftgebläse
5 Verteilungssystem
6 Verbrennungszone
7 Zufuhrleitung für Sekundärluft und Tertiärluft
8 zweites Gebläse
9 Abgaskanal
1 0 Saugzuggebläse
1 1 Hauptverbrennungsstufe
1 2 Sekundärluftleitung
1 3 Nachverbrennungsstufe
14 Tertiärluftleitung
1 5 Nachbehandlungsstufe
1 6 Brennkammer in Form eines Zyklons
1 7 Zumischungsbereich
1 8 oberer Bereich der Brennkammer 1 6
1 9 unterer Bereich der Brennkammer 1 6
20 Tauchrohr
21 Aschekasten
22 Venturikanal in der Brenngaszufuhr
23 Venturikanal im Tauchrohr 20

Claims

Patentansprüche
1 . Kleinfeuerungsanlage (1 ) zur Verbrennung von festen Brennstoffen mit einer Vergasungszone (2) zur Erzeugung von Brenngas und einer Verbrennungszone (6) zur Verbrennung von Brenngas, mit einem ersten Gebläse (4) zur Zufuhr von Primärluft in die Vergasungszone (2) und einem zweiten Gebläse (8) zur Zufuhr von Sekundärluft in die Verbrennungszone (6), wobei das erste Gebläse (4) in Abhängigkeit von der gewünschten Leistung der Kleinfeuerungsanlage (1 ) regelbar ist und/oder das zweite Gebläse (8) in Abhängigkeit von einem gewünschten Sauerstoffgehalt in der Abluft der Verbrennungszone (6) regelbar ist.
2. Kleinfeuerungsanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der
gewünschte Sauerstoffgehalt abhängig vom Aufbau der Kleinfeuerungsanlage (9) zwischen 4% und 6% beträgt.
3. Kleinfeuerungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass zur verbesserten Abgasförderung ein Saugzuggebläse (1 0) vorhanden ist.
4. Kleinfeuerungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Verbrennungszone (6) mehrstufig ausgeführt ist, wobei insbesondere eine Hauptverbrennungsstufe (1 1 ) und eine Nachverbrennungsstufe (13) vorhanden ist.
5. Kleinfeuerungsanlage, insbesondere Kleinfeuerungsanlage nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als
Hauptverbrennungsstufe eine Brennkammer (1 6) in Form eines Zyklons vorgesehen ist.
6. Kleinfeuerungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der
Brennkammer (1 6) in Form eines Zyklons ein Tauchrohr (20) vorhanden ist, so dass eine hinreichende Durchmischung von Brenngas und Sekundärluft sowie eine hinreichende Verweilzeit des Brenngases in der Brennkammer (1 6) in Form eines Zyklons erzwungen wird.
7. Kleinfeuerungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zufuhr von Tertiärluft in die Verbrennungszone (6) möglich ist.
8. Kleinfeuerungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nachbehandlungsstufe (1 5) vorhanden ist.
9. Kleinfeuerungsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachbehandlungsstufe (1 5) durch einen durchströmbare Struktur mit einer hohen Oberfläche gebildet wird, wobei bevorzugt keramische Bauteile verwendbar sind.
1 0. Kleinfeuerungsanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, dass eine seitliche Brenngaszufuhr (5, 1 7) als Venturikanal (22) ausgebildet ist.
1 1 . Kleinfeuerungsanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 1 0, dadurch
gekennzeichnet, dass das Tauchrohr (20) als Venturikanal (23) ausgebildet ist.
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