EP3008383B1

EP3008383B1 - Kleinfeuerungsanlage mit einbau

Info

Publication number: EP3008383B1
Application number: EP14729008.4A
Authority: EP
Inventors: Mohammadshayesh Aleysa
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2013-06-12
Filing date: 2014-06-11
Publication date: 2021-05-05
Anticipated expiration: 2034-06-11
Also published as: EP3008383A1; WO2014198758A1; DE202014010947U1; DE102013210985A1

Description

Die Anmeldung betrifft eine Kleinfeuerungsanlage mit Einbau.

Stand der Technik

Kleinfeuerungsanlagen stellen eine der Hauptemissionsquellen für partikuläre und zahlreiche gasförmige Emissionen, wie zum Beispiel CO, VOC und PAK dar, welche eine maßgebliche Auswirkung auf die Gesundheit des Menschen haben. Diese Schadstoffe werden bei unvollständiger Verbrennung aufgrund nicht optimaler Oxidationsbedingungen (lokaler Sauerstoff, aktive Verweilzeit und Temperatur) gebildet. Aufgrund des komplizierten Prozesses bei der Verbrennung von Festbrennstoffen ist die Erfüllung der Oxidationsbedingungen nur durch hochentwickelte gut konstruierte Verbrennungstechnik mit einer intelligenten Regelung möglich.
Die in Wohngebieten am meisten verbreiteten Kleinfeuerungsanlagen haben eine thermische Leistung, kleiner als 15 kW. Tendenziell sollen immer mehr Kleinfeuerungsanlagen mit einer thermischen Leistung kleiner als 15 kW aufgrund zunehmender Zahl an Passiv- und Niedrigenergiehäuser sowie durch die energetische Sanierung bestehender Gebäude zum Einsatz kommen. Die Verbesserung der Verbrennung in diesen Anlagen soll zu einer signifikanten Reduzierung der Schadstoffemissionen in Wohngebieten führen.
Die bisher verfügbaren Systeme zur Minderung brennbarer staub- und gasförmiger Schadstoffkomponenten in Kleinfeuerungsanlagen beruhen auf dem katalytischen Wirkungsprinzip oder auf dem Filtrationsprinzip. Diese Systeme werden entweder innerhalb der Feuerungsanlagen eingebaut oder außerhalb der Feuerungsanlagen bzw. in Abgasanlagen als Einsatz nachgeschaltet
In der letzten Zeit ist eine Vielzahl unterschiedlicher katalytischer Abgasreinigungssysteme zum Einsatz in Kleinfeuerungsanlagen zur Behandlung brennbarer gas- und staubförmiger Schadstoffe (Ruß, CO, CnHm, PAK usw.) entwickelt worden, die hier jedoch nicht im Einzelnen dargestellt werden sollen. Bei katalytischen Abgasreinigungssystemen besteht mitunter das Problem, dass der Katalysator im Laufe der Zeit beschädigt wird und damit in seiner Funktion beeinträchtigt wird
Auch eine Reihe nichtkatalytischer Abgasreinigungssysteme sind entwickelt worden. Die nichtkatalytischen Abgasreinigungssysteme, welche in der Kleinfeuerungsanlage oder im Verbindungsstück einzubauen sind, basieren meist auf dem Prinzip vom Speicherfilter. Dabei wird eine Schaumstruktur verwendet, welche auch katalytisch beschichtet werden kann. Auf und in der Schaumstruktur sollen die staubförmigen Schadstoffe abgeschieden und beim Erreichen günstiger Temperaturen frei gebrannt werden. Die anorganischen Bestandteile bleiben in der Schaumstruktur, welche von Zeit zu Zeit aufgrund der Zunahme des Strömungswiderstands manuell gereinigt werden muss.
Aus der DE 20 2010 007 246 U1 ist ein Apparat zur Behandlung von Abgasen in einer Kleinfeuerungsanlage bekannt. Der Apparat umfasst ein Gehäuse mit Boden und Deckel. Im Gehäuse ist eine Katalysatoreinrichtung vorhanden, die ein katalytisches Material aufweist. Dabei handelt es sich um eine Keramik, mit der eine Oxidation der Abgase katalysierbar ist. Die Katalysatoreinrichtung weist eine Vielzahl von Öffnungen auf, die von den Abgasen durchströmbar sind. Der Boden des Apparats weist eine Öffnung auf, durch die Abgas aus der Kleinfeuerungsanlage in den Apparat geleitet werden kann und der Deckel weist eine Öffnung auf, durch die das behandelte Abgas abgeleitet werden kann.
Aus der DE 10 2008 009 004 A1 ist eine Kleinfeuerungsanlage für biogene Brennstoffe bekannt. Diese weist eine Zuführvorrichtung für Festbrennstoffe, einen Kessel, der eine Verbrennungskammer und Wärmetauscher enthält, einen Saugzug und einen Kamin auf. Zwischen dem Kessel und dem Saugzug oder dem Kamin ist als filternder Abscheider ein Feinstaubfilter mit erneuerbarem profiliertem Filtermedium zur Abscheidung von Grob-, Fein- und/oder Feinststaub vorgesehen. Damit wird die Feinstaubemission reduziert.
Die DE 29 27 725 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verhindern von Kondensatbildung, insbesondere für Heizungsschornsteine. Dazu ist eine Verbindung zwischen der in der Umgebung des Heizkessels vorhandenen Warmluftatmosphäre und der Frischluftzuführung vorgesehen. Eine Mischung aus trockenem, warmem, extern zugeführtem Gas mit dem im Schornstein befindlichen Gasgemisch soll mittels einer Vorrichtung zum Mischen hergestellt werden und in den Schornsteinbereich geleitet werden und zum Trocknen durch den Schornstein geleitet werden. Die Mischung soll dabei im Wesentlichen im gesamten Umfangsbereich der Abgasleitung hergestellt werden. Beim warmen extern zugeführtem Gas kann es sich insbesondere um Raumluft handeln.
Aus der FR 658 071 A ist eine Feuerungsanlage bekannt. In der Feuerungsanlage werden Feststoffe verbrannt. Das Rauchgas strömt durch Flammrohre. Die Flammrohre werden auf einer Temperatur gehalten, welche eine vollständige Verbrennung des Rauchgases sicherstellen soll.
Aus der DE 94 04 544 U1 ist ein Ofen bekannt, der einen Rauchgaszug aufweist, der im Inneren des Ofens angeordnet ist. Der Rauchgaszug geht vom Feuerraum aus und verjüngt sich im Querschnitt. Im Rauchgaszug ist eine Schraubenwendel zur Rauchgasführung angeordnet.
Aus der EP 0 798 510 A2 ist ein mit festen Brennstoffen, insbesondere Holz, befüllbarer Heizkessel bekannt. Der Heizkessel hat eine von unten nach oben durchströmbare Verbrennungszone. Die Verbrennungszone weist einen mit stehender Achse angeordneten, kaminförmigen Verbrennungsschacht auf, der an seinem unteren Ende über wenigstens einen tangential einmündenden Einströmkanal mit dem Füllschacht verbunden ist. Im Verbrennungsschacht ist ein Einsatz aus feuerfestem Material mit hoher Wärmekapazität angeordnet. EP 0 798 510 A2 offenbart den Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der GB 473 417 A ist eine Vorrichtung zum Verbrauch des Rauchs aus einem Brennofen bekannt. Dazu ist im Rauchgaskanal ein Körper mit hoher Wärmekapazität angeordnet, der mehrere Leitbleche aufweist. Eine Gasflamme ragt in den Rauchgaskanal zur Verbrennung des Rauchs.
Aus der DE 640 470 C ist eine Feuerungsanlage bekannt mit einer die Feuerungskammer abschließenden Vorrichtung zur Rauchgasentstaubung und Verbrennung. Dabei werden unvollkommen verbrannte Gase durch ein aus wärmespeichernden Flächen bestehendes, vom Rost aus bestrahltes hocherhitztes Schaufelsystem geleitet. Dadurch haben die Gase Zeit die zur Verbrennung nötige Temperatur anzunehmen und sich unter Zuführung von Zweitluft gut zu vermischen.

Austauschseite

Aus der EP 2 530 386 A1 ist eine Kaminfeuerstelle bekannt, die eine Brennkammer mit einer öffenbaren Tür und einen Kaminanschluss umfasst, um Heizgase aus der Brennkammer durch den Kaminanschluss einem Kamin zuzuführen. Ferner ist ein Heizgasraum vorhanden, der in Strömungsrichtung der Heizgase zwischen einem von Heizgase durchströmten Filterelement und dem Kaminanschluss angeordnet ist. Das Filterelement befindet sich am oberen, insbesondere rückwärtigen Bereich der Brennkammer. Im Filterelement werden Ruß und Aerosole gefiltert und bei hohen Temperaturen verbrannt.
Aufgabe der Erfindung ist eine Kleinfeuerungsanlage bereitzustellen, welche mit möglichst niedrigem Aufwand einen emissionsarmen Betrieb ermöglicht.

Lösungsweg

Die Aufgabe wird insbesondere durch die Merkmale des unabhängigen Anspuchs gelöst. Die abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterentwicklungen an. Die Beschreibung und die Zeichnungen geben weitere Einzelheiten an.
Erfindungsgemäß wird eine Kleinfeuerungsanlage mit einem Einbau offenbart, der eine Vermischung von brennbaren Abgasbestandteilen mit Verbrennungsluft bewirkt und eine Wärmekapazität aufweist, welche einen Abfall der Temperatur der Verbrennung unter eine gewünschte Mindesttemperatur durch eine vorübergehend abgesenkte Verbrennungsleistung verhindert. Die Vermischung sollte im Allgemeinen fein sein. Meist wird eine Durchmischung mit einer Begünstigung von Mikroturbulenzen erreicht. Die Wärmekapazität des Einbaus ist eine Voraussetzung eine ausreichende Energiemenge in Form von Wärme zu speichern. Dabei ist auch erforderlich, dass die Energie schnell aufgenommen und schnell abgegeben wird. Bei der gewünschten Mindesttemperatur handelt es sich im Regelfall um die M indestoxidationstem peratur.
Der Einbau kann damit zugleich zwei Funktionen erfüllen, welche die Verbrennung verbessern. Einerseits wird die wichtige Vermischung von Verbrennungsluft und brennbaren Abgasbestandteilen verbessert. Darüber hinaus, werden Unterschreitungen der Mindesttemperatur verhindert. Etwa beim Nachlegen von Holz sinkt in einer Kleinfeuerungsanlage vorübergehend die Verbrennungsleistung. Zudem wird Wärme zur Erwärmung des Holzes benötigt. Dies würde ohne Gegenmaßnahmen dazu führen, dass die Temperatur unter eine gewünschte Mindesttemperatur fällt. Die Wärmekapazität des Einbaus kann dem entgegenwirken. Dies setzt freilich voraus, dass der Einbau zuvor durch die Verbrennung entsprechend erwärmt worden ist, das heißt dass ausreichend Energie in Form von Wärme für die Oxidation gespeichert worden ist. Genau dies ist jedoch in aller Regel gewährleistet. Außer zu Beginn des Verbrennungsbetriebs ist die Verbrennungsleistung in aller Regel hinreichend, dies zu erreichen. Hinzu kommt, dass die Verbrennung meist zum Teil ohnehin im Einbau erfolgt. Der Einbau bewirkt also eine erhöhte Konstanz der Temperatur, also eine homogene Temperaturverteilung oder ein homogenes Temperaturfeld. Die Vermeidung von Unterschreitungen der Mindesttemperatur führt zu einer verbesserten Verbrennung. Dies hat zwei wesentliche Vorteile. Zum einen werden dadurch unerwünschte Abgasemissionen reduziert. Zum anderen steigt der Wirkungsgrad der Verbrennung. Wegen der verbesserten Verbrennung, also der verbesserten Oxidation kann der Einbau auch als Oxidationsmodul angesehen werden. Wegen der Wärmespeichereigenschaften ist auch eine Bezeichnung als Hochtemperaturspeichermodul passend.
Neben einer hinreichend hohen Wärmekapazität, die die Speicherung einer ausreichenden Energiemenge gestattet, muss auch die Wärmeleitung und Wärmeübertragung hoch genug sein, damit die Wärme hinreichend schnell in den Einbau hinein gelangen kann und vor allem bei Bedarf schnell genug aus dem Einbau entnommen und für die Oxidationsreaktionen bereitgestellt werden kann.
Die verwendeten Werkstoffe und im Ergebnis vor allem der Einbau als ganzer müssen hinreichende Temperaturwechselbeständigkeit aufweisen, um den Temperaturwechseln standzuhalten.
Durch die Struktur wird nicht nur eine verbesserte Durchmischung von brennbaren Abgasbestandteilen mit der Verbrennungsluft erreicht, sondern im Regelfall auch eine Verlängerung der aktiven Verweilzeit während der Verbrennung gewährleistet. Die gespeicherte Wärmeenergie ermöglicht die Oxidation in ungünstigen Betriebsphasen wie z. B. beim Auflegen von Holz und führt zu einem stabilen Betrieb, also einem stabilen Verbrennungsvorgang, während des ganzen Verbrennungsprozesses.
Die Einflüsse einer Fehlbedienung, hier ist vor allem an das Auflegen von Holz in einer zu großen Menge durch unkundige Nutzer zu denken, können dementsprechend reduziert werden.
Der Betrieb des Einbaus erfordert keine aktive Energiezufuhr. Ein gewisser Energiebedarf ergibt sich aus dem Druckverlust, auch wenn dieser gering ist. Die durch den Druckverlust verbrauchte Energie wird in ohnehin erwünschte Wärme umgewandelt Soweit der Druckverlust nicht den Einsatz oder die höhere Leistung eines Lüfters verlangt, spielt der Energieverbrauch durch den Druckverlust somit ohnehin keine Rolle. Lediglich beim Einsatz etwa elektrischer Energie für einen Lüfter kann dies von Nachteil sein.
Der Einbau führt insgesamt eher zu einer Erhöhung der Leistung. Der Einbau ist damit auch für den Nutzer selbst von Vorteil, in jedem Fall ist es kein Nachteil. Mit vielen im Stand der Technik bekannten Maßnahmen zur Senkung der Emissionen ist eine Senkung der Leistung der Kleinfeuerungsanlage verbunden. Dies führt zur Versuchung den Einbau zu umgehen oder wieder auszubauen. Der Wegfall dieser Versuchung ist ein Vorteil des vorliegenden Einbaus, da damit davon auszugehen ist, dass die erreichbare Senkung der Emissionen auch tatsächlich erreicht wird. Auch kann der Einbau unzugänglich ausgeführt werden, wodurch die Manipulierbarkeit eingeschränkt wird. Da der Querschnitt beim Einsatz des Einbaus nicht wesentlich verkleinert wird, ist kein Bypass bzw. keine Anheizklappe nötig. Dies erleichtert den Aufbau und vermeidet wiederum Manipulationsmöglichkeiten.
Die durch den Einbau erreichte verbesserte thermische Oxidation unterliegt keiner Alterung und wird durch unerwünschte Abgaskomponenten, etwa Schwefeldioxid, Schwermetalle sowie Feinstäube, darunter Chlorid- und Kaliumsalze nicht beschädigt, wie dies beim katalytischen Prozess geschehen kann, da diese Abgaskomponenten oft zur Vergiftung des Katalysators führen.
Wiewohl der Verzicht auf eine katalytische Abgasbehandlung manche Probleme vermeidet ist es dennoch möglich, weiterhin katalytische Flächen bereitzustellen, um die Wirkung des Einbaus zu ergänzen und/oder zu verstärken.
Durch eine Vorbeheizung des Einbaus vor Beginn des Betriebs der Kleinfeuerungsanlage oder eine Beheizung des Einbaus währende des Betriebs können Mindesttemperaturunterschreitungen bisweilen noch besser verhindert werden, so dass der apparative Aufwand und der zusätzliche Energieverbrauch gerechtfertigt sein können.
In einer Ausführungsform der Erfindung bewirkt der Einbau eine Vergrößerung der Reaktionszone, es wird also das Volumen, in dem die Oxidation erfolgt vergrößert. Da es sich um eine aktive Reaktion handelt, wird oft auch von aktiver Reaktionszone gesprochen. Die Vergrößerung des Volumens liegt an den oben geschilderten Effekten der besseren Vermischung von brennbaren Abgasbestandteilen mit Verbrennungsluft, also zumeist durch eine Begünstigung der Mikroturbulenz und der erhöhten Temperaturkonstanz In einer größeren Reaktionszone kann die Verbrennung insgesamt besser erfolgen.
Im Regelfall lässt sich der Einbau nicht nur einfach und kostengünstig realisieren, auch die Entsorgung ist im Regelfall einfach.
Erfindungsgemäß ist der Einbau aus einer Mehrzahl von Elementen aufgebaut. Damit ist eine problemlose Anpassung an verschiedene Kleinfeuerungsanlagen möglich. Der Einbau ist im Regelfall ohnehin leicht nachrüstbar. Dies gilt insbesondere für einen Einbau aus einer Mehrzahl von Elementen. Dabei können gleichförmige oder unterschiedliche Elemente kombiniert werden. Die Elemente können deterministisch oder nicht-deterministisch, systematisch oder nicht systematisch, strukturiert oder nicht strukturiert verbunden werden.
Die Elemente können für eine bessere Funktion quer miteinander verbunden werden. Dies kann für die später geschilderte Wärmeleitung innerhalb des Einbaus vorteilhaft sein, aber auch einer besseren mechanischen Stabilität dienen.
Freilich ist es auch möglich größere Module vorzusehen, so dass in vielen Fällen ein einziges Modul als Einbau genügen könnte.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Einbau durch ein oder mehrere Module aus Gussmaterial gebildet. Ein Modul aus Gussmaterial lässt sich vergleichsweise einfach herstellen. Innerhalb eines solchen Moduls kann die Wärme oft gut transportiert werden, da mögliche Wärmewiderstände beim Übergang von einem Element in ein benachbartes Element entfallen. Im Regelfall dürfte es günstig sein, ein einzelnes Modul vorzusehen. Ein Einbau kann aber auch aus mehreren Modulen aufgebaut sein.
Erfindungsgemäß sind die Elemente des Einbaus Pall-Ringe. Bei einem Pall-Ring handelt es sich um einen Hohlzylinder mit Schaufeln, die nach innen zeigen. Außen sind im Regelfall Löcher. Die Schaufeln und Löcher machen dabei den Eindruck, dass die Schaufeln gleichsam aus der an den Stellen der Löcher nach innen gebogenen Wand des Hohlzylinders gebildet sind. Solche Pall-Ringe sind im Handel erhältlich und können zu einem Einbau mit den oben geschilderten Eigenschaften und Vorteilen zusammengebaut werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Elemente des Einbaus metallische und/oder keramische und/oder steinige Bauteile oder Kombination von beiden. Entscheidend ist natürlich, dass die Elemente den hohen Temperaturen standhalten können. Daher wird die Auswahl sehr oft auf keramische oder steinige Bauteile fallen, da sich keramische Bauteile, auch Bauteile anderer Art als die vorliegend beschriebenen Bauteile, in Kleinfeuerungsanlagen bewährt haben. Etwa die oben beschriebenen Pall-Ringe sind aus Keramik erhältlich. Mit den Pall-Ringen als Elemente können. Generell können Materialien eingesetzt werden, welche sich bei vielen industriellen Anwendungen bereits bewährt haben.
In einer Ausführungsform der Erfindung ruft der Einbau Mikroturbulenzen in der Verbrennungsluft hervor. Durch Mikroturbulenzen wird bei niedriger Erhöhung des Strömungswiderstands die Vermischung von brennbaren Abgasbestandteilen und Verbrennungsluft verbessert.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist der Einbau Wärmeleitungseigenschaften auf, die geeignet sind, Temperaturunterschiede innerhalb des Einbaus auszugleichen. Damit können lokale Temperaturunterschreitungen vermieden werden, da die Wärme durch den Einbau schnell genug aus Bereichen abfließen kann, in denen die Temperatur hoch genug ist, dass auch bei einem Wärmeabfluss keine Unterschreitung der Mindesttemperatur erfolgt. Somit ist im Allgemeinen ein homogenes Temperaturfeld gewährleistet. Die Wärmeleitungseigenschaften des Einbaus hängen zum einen von der Wärmeleitung des verwendeten Materials ab. Gerade bei einem aus Elementen aufgebauten Einbau ist es auch erforderlich einen thermisch guten Kontakt zwischen den Elementen sicherzustellen.
Erfindungsgemäß weist der Einbau Oberflächen mit adhäsiven Eigenschaften für Abgaskomponenten wie Ruß und Aerosole auf. Dies wird durch geeignete Materialien erreicht. Darüber hinaus ist die Struktur der Oberfläche bedeutend, also eine raue Oberfläche ist meist wünschenswert. Zum einen erhöht Rauheit die zur Verfügung stehende Oberfläche, zum andern können sich auf einer rauen Oberfläche Ruß und Aerosole leichter anlagern. Während bei den im Stand der Technik genannten Filtern der Staub durch mehr oder aufwändige Verfahren entfernt werden muss, erfolgt dies beim hier vorgeschlagenen Einbau im Zuge des Betriebs der Kleinfeuerungsanlage. So kann es Betriebssituationen geben, in denen sich Ruß und Aerosole anlagern. Diesen folgen aber regelmäßig Betriebssituationen, in denen sich Ruß und Aerosole wieder von den Oberflächen entfernen und verbrannt werden. Ruß und Aerosole enthalten oft Schadstoffe oder stellen an sich Schadstoffe dar.
In einer Ausführungsform der Erfindung bewirkt der Einbau eine mehrfache Umlenkung von Verbrennungsluft und/oder Abgas. Dies ist etwa durch eine Anordnung einer Vielzahl von Pall-Ringen erreichbar. Aber auch andere Einbauten können dies bewirken. Eine mehrfache Umlenkung der Verbrennungsluft und/oder des Abgases führt zu einer verbesserten Mischung von brennbaren Abgasbestandteilen und Verbrennungsluft und somit zu niedrigeren Emissionen und höherem Wirkungsgrad der Verbrennung. Vor allem aber wird die Verbrennung durch die erhöhte Verweilzeit verbessert.
Anhand von Figuren sollen nachfolgend weitere Einzelheiten erläutert werden.
Dabei zeigen

Fig. 1: eine Seitenansicht eines Einbaus aus einer Vielzahl von Pall-Ringen als Elemente
Fig. 2: eine Sicht von oben auf den Einbau nach Fig. 1
Fig. 3: einen Vergleich der CO-Emissionen mit und ohne Einbau
Fig. 4: einen Vergleich der CnHm-Emissionen mit und ohne Einbau
Fig. 5: einen Vergleich der CO₂-Emissionen mit und ohne Einbau

Figur 1 zeigt eine seitliche perspektivische Ansicht eines Einbaus mit einer Vielzahl von Elementen, die durch Pall-Ringe gebildet sind. Derartige Pall-Ringe werden normalerweise in den verfahrenstechnischen Apparaten zur Verbesserung von Strömungsverhältnissen, Phasentrennung und zur Erzeugung großer Stoffaustauschflächen eingesetzt. Bisher wurde ein solcher Einbau in Verbrennungsprozessen nicht eingesetzt bzw. nicht untersucht.
Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf den Einbau nach Fig. 1. Als Elemente kommen keramische Pall-Ringe mit einem Durchmesser von 50 mm und einer Dicke von 0,8 mm zum Einsatz.
Aufgrund der größeren Abgaswege im gezeigten Einbau lassen sich die Staubpartikel durch die Sedimentation bzw. das Speeren nicht abscheiden. Es sind Abgaswege im Einbau mit Dimensionen > 3 mm verfügbar. Dadurch ist eine Verstopfung des Einbaus- und somit ein Erhöhung des Strömungswiderstands nicht zu erwarten.
Es ist ein niedriger Strömungswiderstand bzw. Druckverlust durch den strukturierten systematischen Aufbau des Einbaus, welcher ausreichend große definierte Abgaswege gewährleistet, zu erreichen. Bei einem Abgasvolumenstrom von 50 Nm3/h durch einen Einbau mit den Maßen 30 x 25 x 20 cm ist mit einem Druckverlust von 3 bis 5 Pascal zu rechnen.
Da der Einbau aus mehreren Elementen, bei Bedarf auch Elementen mit unterschiedlichen Größen, besteht bzw. aufzubauen ist, ergibt sich die Möglichkeit, diese Technik in vielen Feuerungsanlagen mit unterschiedlichen Konstruktionen ohne großen Aufwand einzubauen.
Die verwendete Keramik ist verfügbar und langlebig. Es ist mit einer Lebensdauer von mehr als 15 Jahren zu rechnen. Die Keramik hat sich als sehr robust gegenüber ungünstigen Brennstoffen wie feuchtem Holz und Abfällen sowie gegenüber rauen Betriebsphasen und Instationarität der Verbrennung, wie z. B. in der Anfahrbetriebsphase erwiesen.
Der verwendete Einbau soll eine sehr raue Oberfläche besitzen und über Mini-Turbulatoren, die horizontal (bzw. quer zur Abgasströmung) im ganzen Einbau-Querschnitt in verschiedenen Höhen verteilt sind, verfügen.
Figur 3 zeigt die mittleren Kohlenmonoxid-, Figur 4 die mittleren Kohlenwasserstoff- und Figur 5 die mittleren Kohlendioxidkonzentrationsverläufe bei der Verbrennung von Buchenholz in einem alten Holzofen mit und ohne keramischen Einbau bei Normprüfbedingungen. Dabei ist über vier Abbrände gemittelt worden. Die gestrichelte Linie zeigt jeweils den Verlauf ohne Einbau, die durchgezogene Linie mit Einabu
Dabei ist zu ersehen, dass das Kohlenmonoxid (CO) und die Kohlenwasserstoffe (CnHm) mit Einsatz des Einbaus deutlich niedriger sind als ohne Einbau. Die beiden Komponenten (CO und CnHm) sinken schnell nach dem Schließen der Holzofentür und bleiben über lange Zeit, auch in der Ausbrandphase, bei niedrigem Niveau. Dieses Verhalten ist bei Kohlenwasserstoffen deutlicher zu bemerken als bei Kohlenmonoxid. Das ist damit zu begründen, dass der Einbau die für die Oxidation nötige Wärme -auch über eine lange Zeit der Verbrennung und in kritischen Betriebsphasen - bereitstellen kann. Es ist zu erwähnen, dass die in Figuren 3 bis 5 dargestellten CO- und CnHm-sowie CO₂-Verläufe bei allen Abbränden (über 260 Abbrände) unabhängig von der Art der Brennstoffbeschickung bzw. dem Bediener des Holzofens erhalten wurden.
Aus Figur 5 ist ersichtlich, dass der CO₂-Volumenanteil im Abgas beim Einsatz des Einbaus höher ist als ohne Einbau. Das ist mit der besseren Umsetzung vom Brennstoffkohlenstoff während des Verbrennungsprozesses zu begründen. Durch die Erhöhung des CO₂-Anteils im Abgas lässt sich die Effizienz der Verbrennung verbessern. Beim Vorversuchsprogramm bzw. bei dieser Versuchsreihe wurde der Wirkungsgrad von 71 % auf 80 % erhöht.
Die polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffe (PAKs) und flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) beim Einsatz von Einbauten können reduziert werden, da sie normalerweise mit dem CO sowie CnHm über lange Zeit des Verbrennungsprozesses korrelieren bzw. entsprechend thermisch behandelt werden können.
Es ist zu erwähnen, dass die oben geschilderten Ergebnisse aus derzeitiger Sicht noch weiter verbessert werden können, da durch fachmännisches Handeln eine Optimierung möglich sein sollte.

Claims

Kleinfeuerungsanlage mit einem Einbau, der eine Vermischung von brennbaren Abgasbestandteilen mit Verbrennungsluft bewirkt und eine Wärmekapazität aufweist, welche einen Abfall der Temperatur der Verbrennung unter eine gewünschte Mindesttemperatur durch eine vorübergehend abgesenkte Verbrennungsleistung verhindert, dadurch gekennzeichnet, dass der Einbau Oberflächen mit adhäsiven Eigenschaften für Abgaskomponenten wie Ruß und Aerosole aufweist und aus einer Mehrzahl von Elementen aufgebaut ist, wobei die Elemente des Einbaus Pall-Ringe sind.
Kleinfeuerungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einbau eine Vergrößerung einer Reaktionszone bewirkt.
Kleinfeuerungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Einbau durch ein oder mehrere Module aus Gussmaterial gebildet ist.
Kleinfeuerungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente des Einbaus metallische und/oder keramische und/oder steinige Bauteile sind.
Kleinfeuerungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Einbau Mikroturbulenzen in der Verbrennungsluft hervorruft.
Kleinfeuerungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Einbau Wärmeleitungseigenschaften aufweist, die geeignet sind, Temperaturunterschiede innerhalb des Einbaus auszugleichen.
Kleinfeuerungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Einbau eine mehrfache Umlenkung von Verbrennungsluft und/oder Abgas bewirkt.