EP4184058A1 - Improved cleaning device for a biomass heating system - Google Patents
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Abstract
Reinigungsreinrichtung für eine Biomasse-Heizanlage (1) zur Verfeuerung von Brennstoff in Form von Pellets und/oder Hackgut, wobei die Reinigungseinrichtung (9) das Folgende aufweist: eine Antriebseinheit (72) zum Antrieb der Reinigungseinrichtung (9), ein Kurbelelement (77), dass über einen Freilauf (73) mit der Antriebseinheit (72) gekoppelt ist, wobei die Antriebseinheit das Kurbelelement in einer Drehrichtung (DR) antrieben kann, ein Schubglied (74), das hin- und her bewegbar vorgesehen ist und das mit dem Kurbelelement (77) gekoppelt ist; zumindest eine Reinigungswelle (92), die mit dem Schubglied (74) wirkverbunden angeordnet ist, zumindest ein Reinigungselement (36, 37, 48, 96), das mit der Reinigungswelle (92) wirkverbunden angeordnet ist; wobei die Reinigungseinrichtung (9) derart eingerichtet ist, dass das Schubglied (74) bei Drehung des Kurbelelements in Drehrichtung (DR) durch die Antriebseinheit in einer Schubrichtung verschoben wird; und das Schubglied (74) nach dem Überschreiten einer vorbestimmten Kurbeldrehposition des Kurbelelements (77) in einer Impulsrichtung, die der Schubrichtung entgegengesetzt ist, verschoben wird.Cleaning device for a biomass heating system (1) for firing fuel in the form of pellets and/or wood chips, the cleaning device (9) having the following: a drive unit (72) for driving the cleaning device (9), a crank element (77) that is coupled to the drive unit (72) via a freewheel (73), the drive unit being able to drive the crank element in a direction of rotation (DR), a thrust member (74) which is provided to be movable back and forth and which is connected to the crank element (77) coupled; at least one cleaning shaft (92) which is arranged to be operatively connected to the thrust member (74), at least one cleaning element (36, 37, 48, 96) which is arranged to be operatively connected to the cleaning shaft (92); wherein the cleaning device (9) is set up in such a way that the thrust member (74) is displaced in a thrust direction by the drive unit when the crank element is rotated in the direction of rotation (DR); and after a predetermined crank rotational position of the crank element (77) has been exceeded, the thrust member (74) is displaced in an impulse direction which is opposite to the thrust direction.
Description
Die Erfindung betrifft eine verbesserte Reinigungseinrichtung für eine Biomasse-Heizanlage.The invention relates to an improved cleaning device for a biomass heating system.
Biomasse-Heizanlagen, insbesondere Biomasse-Kessel, in einem Leistungsbereich von 20 bis 500 kW sind bekannt. Biomasse kann als ein günstiger, heimischer, krisensicherer und umweltfreundlicher Brennstoff angesehen werden. Als verfeuerbare Biomasse beziehungsweise als biogene Festbrennstoffe gibt es beispielsweise Hackgut oder Pellets.Biomass heating systems, in particular biomass boilers, in a power range from 20 to 500 kW are known. Biomass can be considered a cheap, domestic, crisis-proof and environmentally friendly fuel. There are, for example, wood chips or pellets as combustible biomass or biogenic solid fuels.
Die Pellets bestehen meistens aus Holzspänen, Sägespänen, Biomasse oder anderen Materialien, die in kleine Scheiben oder Zylinder mit einem Durchmesser von ca. 3 bis 15 mm und einer Länge von 5 bis 30 mm verdichtet worden sind. Hackgut (auch als Holzschnitzel, Holzhackschnitzel oder Hackschnitzel bezeichnet) ist mit schneidenden Werkzeugen zerkleinertes Holz.The pellets usually consist of wood shavings, sawdust, biomass or other materials that have been compacted into small discs or cylinders approximately 3 to 15 mm in diameter and 5 to 30 mm long. Wood chips (also known as wood chips, woodchips, or chips) are wood that has been crushed with cutting tools.
Biomasse-Heizanlagen für Brennstoffe in Form von Pellets und Hackgut weisen im Wesentlichen einen Kessel mit einer Brennkammer (der Verbrennungsraum) und mit einer daran anschließenden Wärmetauschvorrichtung auf. Aufgrund der in vielen Ländern verschärfter gesetzlicher Vorschriften weisen einige Biomasse-Heizanlagen auch einen Feinstaubfilter auf. Regelmäßig ist weiteres verschiedenes Zubehör vorhanden, wie beispielsweise Brennstoff-Fördereinrichtungen, Regelungseinrichtungen, Sonden, Sicherheitsthermostate, Druckschalter, eine Abgasrückführung, eine Kesselabreinigung und ein separater Brennstoffbehälter.Biomass heating systems for fuels in the form of pellets and wood chips essentially have a boiler with a combustion chamber (the combustion chamber) and with an adjoining heat exchange device. Due to the stricter legal regulations in many countries, some biomass heating systems also have a fine dust filter. Other various accessories are regularly available, such as fuel delivery devices, control devices, probes, safety thermostats, pressure switches, exhaust gas recirculation, boiler cleaning and a separate fuel container.
Bei der Brennkammer sind regelmäßig eine Einrichtung zur Zuführung von Brennstoff, eine Einrichtung für die Zufuhr der Luft und eine Zündvorrichtung für den Brennstoff vorgesehen. Die Einrichtung zur Zufuhr der Luft weist wiederum normalerweise ein Gebläse mit niedrigem Druck auf, um die thermodynamischen Faktoren bei der Verbrennung in der Brennkammer vorteilhaft zu beeinflussen. Eine Einrichtung zur Zuführung von Brennstoff kann beispielsweise mit einem seitlichen Einschub vorgesehen sein (sog. Quereinschubfeuerung). Dabei wird der Brennstoff von der Seite über eine Schnecke oder einen Kolben in die Brennkammer eingeschoben.A device for supplying fuel, a device for supplying air and an ignition device for the fuel are regularly provided in the combustion chamber. The means for supplying the air, in turn, normally comprise a low-pressure fan in order to favorably influence the thermodynamic factors of combustion in the combustion chamber. A device for supplying fuel can be provided, for example, with a lateral insert (so-called transverse insert firing). The fuel is pushed into the combustion chamber from the side via a screw or a piston.
In der Brennkammer einer Festbettfeuerung ist weiter üblicherweise ein Feuerungsrost vorgesehen, auf welchem kontinuierlich der Brennstoff im Wesentlichen zugeführt und verbrannt wird. Dieser Feuerungsrost lagert den Brennstoff für die Verbrennung und weist Öffnungen, beispielsweise Schlitze, auf, die den Durchgang eines Teils der Verbrennungsluft als Primärluft zu dem Brennstoff erlauben. Weiter kann der Rost starr oder beweglich ausgeführt sein. Zudem gibt es Rostfeuerungen, bei denen die Verbrennungsluft nicht durch den Rost, sondern nur seitlich zugeführt wird.In the combustion chamber of a fixed-bed furnace, a furnace grate is also usually provided, on which the fuel is essentially supplied and burned continuously. This grate stores the fuel for combustion and has openings, for example slots, which allow the passage of part of the combustion air as primary air to the fuel. Next, the grate can be rigid or movable. There are also grate furnaces in which the combustion air is not fed through the grate but only from the side.
Beim Durchströmen des Rosts mit der Primärluft wird unter anderem auch der Rost gekühlt, wodurch das Material geschont wird. Zudem kann es bei unzureichender Luftzuführung auf dem Rost zu Schlackenbildung kommen, wobei sich die Schlacke wiederum auch (u. A. bei Reinigung des Rostes) ablösen kann und in die restliche Biomasse-Heizanlage weitergetragen werden kann. Insbesondere Feuerungen, die mit unterschiedlichen Brennstoffen beschickt werden sollen, womit sich die vorliegende Offenbarung insbesondere beschäftigt, weisen die inhärente Problematik auf, dass die unterschiedlichen Brennstoffe unterschiedliche Ascheschmelzpunkte, Wassergehalte und unterschiedliches Brennverhalten und damit variable Verbrennungsrückstände aufweisen. Damit ist es problematisch eine Heizanlage vorzusehen, die für unterschiedliche Brennstoffe gleichermaßen gut geeignet ist. Eine gute Eignung für unterschiedliche Brennstoffe setzt dabei eine regelmäßige und effiziente Abreinigung der Biomasse-Heizanlage voraus.When the primary air flows through the grate, the grate is also cooled, which protects the material. In addition, if there is insufficient air supply, slag can form on the grate, whereby the slag can also be detached (e.g. when cleaning the grate) and carried further into the rest of the biomass heating system. In particular furnaces that are to be charged with different fuels, with which the present disclosure is particularly concerned, have the inherent problem that the different fuels have different ash melting points, water contents and different combustion behavior and thus variable combustion residues. It is therefore problematic to provide a heating system that is equally well suited for different fuels. Good suitability for different fuels requires regular and efficient cleaning of the biomass heating system.
Die Brennkammer kann weiterhin regelmäßig in eine Primärverbrennungszone (unmittelbare Verbrennung des Brennstoffes auf dem Rost sowie im Gasraum darüber vor Zuführung einer weiteren Verbrennungsluft) und eine Sekundärverbrennungszone (Nachverbrennungszone des Rauchgases nach einer weiteren Luftzufuhr) eingeteilt werden. In der Brennkammer erfolgen die Trocknung, pyrolytische Zersetzung sowie die Vergasung des Brennstoffes und der Holzkohleausbrand. Um die entstehenden brennbaren Gase vollständig zu verbrennen wird zudem eine weitere Verbrennungsluft in einer oder mehreren Stufen (Sekundärluft bzw. Tertiärluft) bei Beginn der Sekundärverbrennungszone eingebracht.The combustion chamber can also be regularly divided into a primary combustion zone (immediate combustion of the fuel on the grate and in the gas space above it before additional combustion air is supplied) and a secondary combustion zone (post-combustion zone of the flue gas after additional air supply). Drying, pyrolytic decomposition, gasification of the fuel and charcoal combustion take place in the combustion chamber. In order to completely burn the resulting combustible gases, additional combustion air is introduced in one or more stages (secondary air or tertiary air) at the start of the secondary combustion zone.
Die Verbrennung der Pellets oder des Hackguts weist nach der Trocknung im Wesentlichen zwei Phasen auf. In der ersten Phase wird der Brennstoff durch hohe Temperaturen und Luft, die in die Brennkammer eingeblasen werden kann, und zumindest teilweise pyrolytisch zersetzt und in Gas umgewandelt. In der zweiten Phase treten die Verbrennung des in Gas umgewandelten (An-)Teils sowie die Verbrennung der eventuell vorhandenen restlichen Feststoffe (beispielsweise Holzkohle) ein. Insofern gast der Brennstoff aus, und das entstandene Gas sowie die darin vorhandene Holzkohle werden mitverbrannt.After drying, the combustion of the pellets or wood chips essentially has two phases. In the first phase, the fuel is at least partially pyrolytically decomposed and converted into gas by high temperatures and air that can be blown into the combustion chamber. In the second phase, the (partial) part that has been converted into gas is burned, as well as the burning of any remaining solids (e.g. charcoal). In this respect, the fuel outgasses, and the resulting gas and the charcoal contained therein are also burned.
Unter Pyrolyse versteht man die thermische Zersetzung eines festen Stoffes unter Sauerstoffabschluss. Die Pyrolyse lässt sich in die primäre und sekundäre Pyrolyse aufteilen. Die Produkte der primären Pyrolyse sind Pyrolysekoks und Pyrolysegase, wobei sich die Pyrolysegase in bei Raumtemperatur kondensierbare und nicht kondensierbare Gase unterteilen lassen. Die primäre Pyrolyse findet bei grob 250-450°C und die sekundäre Pyrolyse bei ungefähr 450-600°C statt. Die in weiterer Folge auftretende sekundäre Pyrolyse basiert auf der Weiterreaktion der primär gebildeten Pyrolyseprodukte. Die Trocknung und Pyrolyse finden zumindest weitgehend ohne den Einsatz von Luft statt, da flüchtige CH - Verbindungen vom Partikel austreten und daher keine Luft an die Partikeloberfläche gelangt. Die Vergasung kann als Teil der Oxidation gesehen werden; es werden die bei der pyrolytischen Zersetzung entstandenen festen, flüssigen und gasförmigen Produkte durch weitere Wärmeeinwirkung in Reaktion gebracht. Dies geschieht unter Zugabe eines Vergasungsmittels wie Luft, Sauerstoff, Wasserdampf, oder auch Kohlendioxid. Der Lambda-Wert bei der Vergasung ist größer als null und kleiner als eins. Die Vergasung findet bei rund 300 bis 850°C oder sogar bis 1.200 °C statt. Die vollständige Oxidation mit Luftüberschuss (Lambda größer 1) findet durch weitere Luftzugabe an diese Prozesse anschließend statt. Die Reaktionsendprodukte sind im Wesentlichen Kohlendioxid, Wasserdampf und Asche. Bei allen Phasen sind die Grenzen nicht starr, sondern fließend. Mittels einer am Abgasausgang des Kessels vorgesehenen Lamdasonde kann der Verbrennungsprozess vorteilhaft geregelt werden.Pyrolysis is the thermal decomposition of a solid substance in the absence of oxygen. Pyrolysis can be divided into primary and secondary pyrolysis. The products of primary pyrolysis are pyrolysis coke and pyrolysis gases, the pyrolysis gases being divided into room temperature condensable and non-condensable gases. The primary pyrolysis takes place at roughly 250-450°C and the secondary pyrolysis at around 450-600°C. The secondary pyrolysis that subsequently occurs is based on the further reaction of the pyrolysis products that were primarily formed. The drying and pyrolysis take place at least largely without the use of air, since volatile CH compounds escape from the particle and therefore no air can reach the particle surface. Gasification can be seen as part of oxidation; the solid, liquid and gaseous products formed during the pyrolytic decomposition are reacted by further exposure to heat. This is done with the addition of a gassing agent such as air, oxygen, water vapor or carbon dioxide. The lambda value during gasification is greater than zero and less than one. Gasification takes place at around 300 to 850°C or even up to 1,200°C. The complete oxidation with excess air (lambda greater than 1) takes place by adding more air to these processes. The end products of the reaction are essentially carbon dioxide, water vapor and ash. In all phases, the boundaries are not rigid, but fluid. The combustion process can be advantageously regulated by means of a lambda probe provided at the exhaust gas outlet of the boiler.
Allgemein ausgedrückt wird der Wirkungsgrad der Verbrennung durch die Umwandlung der Pellets in Gas erhöht, weil gasförmiger Brennstoff mit der Verbrennungsluft besser vermischt und damit vollständiger umgesetzt wird, und eine geringere Emission von Schadstoffen, weniger unverbrannte Partikel und Asche (Flugasche bzw. Staubpartikel) erzeugt werden.Generally speaking, converting the pellets into gas increases combustion efficiency because gaseous fuel is better mixed with the combustion air and thus more completely converted, and lower emissions of pollutants, unburned particles and ash (fly ash or dust particles) are produced .
Bei der Verbrennung von Biomasse entstehen gasförmige bzw. luftgetragene Verbrennungsprodukte, deren Hauptbestandteile Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff sind. Diese können in Emissionen aus vollständiger Oxidation, aus unvollständiger Oxidation und Stoffen aus Spurenelementen bzw. Verunreinigungen unterschieden werden. Bei den Emissionen aus vollständiger Oxidation handelt es sich im Wesentlichen um Kohlenstoffdioxid (CO2) und Wasserdampf (H2O). Die Bildung von Kohlenstoffdioxid aus dem Kohlenstoff der Biomasse ist das Ziel der Verbrennung, da so die freigesetzte Energie vollständiger genutzt werden kann. Die Freisetzung von Kohlenstoffdioxid (CO2) verhält sich weitgehend proportional zum Kohlenstoffgehalt der verbrannten Brennstoffmenge; somit ist der Kohlenstoffdioxid auch abhängig von der bereitzustellenden Nutzenergie. Eine Reduzierung kann im Wesentlichen nur durch eine Verbesserung des Wirkungsgrades erzielt werden. Der Kessel weist weiter üblicherweise einen Strahlungsteil, der in die Brennkammer integriert ist, und ein Konvektionsteil (dem daran anschließenden Wärmetauscher) auf.The combustion of biomass produces gaseous or airborne combustion products, the main components of which are carbon, hydrogen and oxygen. These can be divided into emissions from complete oxidation, from incomplete oxidation and substances from trace elements or impurities. The emissions from complete oxidation are essentially carbon dioxide (CO 2 ) and water vapor (H 2 O). The formation of carbon dioxide from the carbon in the biomass is the goal of combustion, as the released energy can be used more fully. The release of carbon dioxide (CO 2 ) is largely proportional to the carbon content of the fuel burned; thus the carbon dioxide is also dependent on the useful energy to be provided. A reduction can essentially only be achieved by improving the efficiency. The boiler further usually has a radiant part, which is integrated into the combustion chamber, and a convection part (the heat exchanger connected thereto).
Das Abgas der Verbrennung in der Brennkammer wird dem Wärmetauscher zugeführt, so dass die heißen Verbrennungsgase durch den Wärmetauscher strömen, um Wärme auf ein Wärmetauschmedium zu übertragen, bei dem es sich normalerweise um Wasser bei etwa 80°C (üblicherweise zwischen 70 °C und 110°C) handelt. Insbesondere bei diesem Abkühlungsvorgang können sich Verbrennungsrückstände in den Rohren des Wärmetauschers festsetzen und dabei auch sehr fest anhaften.The exhaust gas from the combustion in the combustion chamber is fed to the heat exchanger so that the hot combustion gases flow through the heat exchanger in order to To transfer heat to a heat exchange medium, which is typically water at about 80°C (usually between 70°C and 110°C). During this cooling process in particular, combustion residues can get stuck in the pipes of the heat exchanger and also adhere very firmly.
Es sind die vorstehend beschriebenen komplexen Verbrennungsvorgänge nun nicht einfach zu beherrschen. Es können verschiedene Arten von Brennstoffrückständen, beispielsweise Asche oder Schlacke, entstehen, welche sich im gesamten Verlauf der Strömungsführung der Biomasse-Heizanlage ausbreiten und die sich unterschiedlich gut abreinigen lassen.The complex combustion processes described above are not easy to control. Different types of fuel residues, such as ash or slag, can arise, which spread throughout the course of the flow of the biomass heating system and which can be cleaned off with varying degrees of ease.
Insbesondere können diese Verbrennungsrückstände, je nach Temperaturzustand oder auch beispielsweise bei Kondensation und ebenso in einem (optionalen) Elektrofilter an den Wänden oder sonstigen Teilen des Kessels anhaften. Besonders problematisch ist, dass die Anhaftung der Verbrennungsrückstände sehr fest bzw. beständig sein kann, womit das Problem besteht, dass eine Reinigung des Kessels (insbesondere bei einer händischen Reinigung) recht schwierig ist. Die Praxis zeigt, dass die Verbrennungsrückstände insbesondere im Wärmetauscher und im (optionalen) Elektrofilter fest anhaften oder anbacken können, womit eine Abreinigung dessen nochmals erschwert wird.In particular, these combustion residues can adhere to the walls or other parts of the boiler, depending on the temperature condition or also, for example, in the event of condensation and also in an (optional) electrostatic precipitator. A particular problem is that the adhesion of the combustion residues can be very strong or permanent, which means that cleaning the boiler (especially when cleaning it by hand) is quite difficult. Practice shows that the combustion residues can stick or cake, especially in the heat exchanger and in the (optional) electrostatic precipitator, which makes cleaning them even more difficult.
Insbesondere Feuerungen, die mit unterschiedlichen Brennstoffen beschickt werden sollen, womit sich die vorliegende Offenbarung besonders beschäftigt, weisen die inhärente Problematik auf, dass die unterschiedlichen Brennstoffe unterschiedliche Ascheschmelzpunkte, Wassergehalte und unterschiedliches Brennverhalten aufweisen. Damit weisen insbesondere Heizanlagen mit brennstoffflexibler Beschickung das Problem sehr variabler -in der Praxis kaum vorhersehbarer- Entstehung von Verbrennungsrückständen unterschiedlicher chemischer und physikalischer Eigenschaften auf. Insofern muss eine Abreinigung der Biomasse-Heizanlage auch mit diesen unterschiedlichen Verbrennungsrückständen zurechtkommen.In particular furnaces that are to be charged with different fuels, with which the present disclosure is particularly concerned, have the inherent problem that the different fuels have different ash melting points, water contents and different combustion behavior. In particular, heating systems with fuel-flexible charging have the problem of very variable - in practice hardly predictable - formation of combustion residues with different chemical and physical properties. In this respect, cleaning of the biomass heating system must also be able to cope with these different combustion residues.
Grundsätzlich bestehen bei herkömmlichen Biomasse-Heizanlagen die weiteren Probleme, dass die gasförmigen oder festen Emissionen zu hoch sind, dass der Wirkungsgrad zu niedrig ist und dass die Staubemissionen zu hoch sind. Problematisch ist weiter die variierende Qualität des Brennstoffs, aufgrund des variierenden Wassergehalts und der Stückigkeit des Brennstoffs, womit ein gleichmäßiger Abbrand des Brennstoffs mit niedriger Emission erschwert wird. Insbesondere bei Biomasse-Heizanlagen, welche für verschiedene Arten von biologischem bzw. biogenem Brennstoff tauglich sein sollen, erschwert es die variierende Qualität und Konsistenz des Brennstoffs, eine durchgängig hohe Effizienz der Biomasse-Heizanlage aufrechtzuerhalten. Diesbezüglich besteht Optimierungsbedarf.In principle, the other problems with conventional biomass heating systems are that the gaseous or solid emissions are too high, that the efficiency is too low and that the dust emissions are too high. Another problem is the varying quality of the fuel, due to the varying water content and the lumpiness of the fuel, which makes it difficult to burn the fuel evenly with low emissions. In particular in the case of biomass heating systems, which are intended to be suitable for different types of biological or biogenic fuel, the varying quality and consistency of the fuel makes it difficult to maintain consistently high efficiency of the biomass heating system. There is a need for optimization in this regard.
Ein Nachteil der herkömmlichen Biomasse-Heizanlagen für Pellets kann darin bestehen, dass Pellets, die in die Brennkammer fallen, aus dem Gitter bzw. vom Rost herausrollen bzw. abrutschen können oder neben dem Rost landen können und in einen Bereich der Brennkammer gelangen können, in dem die Temperatur niedriger ist oder in dem die Luftzufuhr schlecht ist, oder sie können sogar in die unterste Kammer des Kessels bzw. den Ascheschacht fallen. Pellets, die nicht auf dem Gitter bzw. Rost verbleiben, verbrennen unvollständig und verursachen dadurch einen schlechten Wirkungsgrad, übermäßige Asche und eine bestimmte Menge an unverbrannten Schadstoffpartikeln, welche die Biomasse-Heizanlage wiederum verschmutzen. Dies gilt für Pellets wie auch für Hackschnitzel.A disadvantage of traditional pellet biomass heating systems can be that pellets falling into the combustion chamber can roll off the grid or grate, slide off, or land next to the grate and end up in an area of the combustion chamber where the temperature is lower or where the air supply is poor, or they can even fall into the bottom chamber of the boiler or the ash chute. Pellets that are not left on the grid or grate burn incompletely, causing poor efficiency, excessive ash and a certain amount of unburned pollutant particles, which in turn pollute the biomass heating system. This applies to pellets as well as wood chips.
Als Stand der Technik betreffend einer Reinigungseinrichtung für einen Heizkessel ist die
Diese Reinigungseinrichtung hat die Nachteile, dass diese manuell betätigt werden muss, und das die Bewegung der Wärmetauscher-Reinigungsvorrichtung durch die Betätigung des Betätigungshebels zu einem ineffizienten mechanischen Abreinigungsvorgang führt, der Probleme dabei hat, die Verbrennungsrückstände aus dem Wärmetauscher zu entfernen.This cleaning device has the disadvantages that it has to be operated manually and that the movement of the heat exchanger cleaning device by operating the operating lever results in an inefficient mechanical cleaning process which has problems in removing the combustion residues from the heat exchanger.
Biomasse-Heizanlagen für Pellets oder Hackgut mit Reinigungseinrichtungen des Stands der Technik weisen die folgenden weiteren Nachteile und Probleme auf.Biomass heating systems for pellets or wood chips with cleaning devices of the prior art have the following further disadvantages and problems.
Die Lautstärke des Abreinigungsvorgangs ist oft recht erheblich, was beispielsweise bei Biomasse-Heizanlagen für Wohngebäude nicht erwünscht ist.The volume of the cleaning process is often quite considerable, which is undesirable, for example, in the case of biomass heating systems for residential buildings.
Die Abreinigung ist ineffizient und erfordert eine häufig wiederkehrende und/oder längere Durchführung des Abreinigungsvorgangs um eine ausreichende Reinigungswirkung zu erzielen.The cleaning is inefficient and requires the cleaning process to be carried out frequently and/or over a longer period of time in order to achieve an adequate cleaning effect.
Die Abreinigung ist unvollständig. Es bleiben Verbrennungsrückstände in der Biomasse-Heizanlage zurück. Dies gilt insbesondere für die gasführenden Anlagenteile, welche nicht unmittelbar von der mechanischen Abreinigung berührt bzw. erfasst werden.The cleaning is incomplete. Combustion residues remain in the biomass heating system. This applies in particular to the gas-carrying parts of the system, which are not directly touched or caught by the mechanical cleaning.
Die Reinigungseinrichtungen sind mechanisch komplex. Beispielsweise erfordern diese eine Mehrzahl von unterschiedlichen Antrieben und gesondert zueinander vorgesehene Mechanismen zur Abreinigung der unterschiedlichen Anlagenteile. Beispielsweise werden Elektrofilter und Wärmetauscher üblicherweise mit unterschiedlichen Mechanismen abgereinigt.The cleaning devices are mechanically complex. For example, these require a number of different drives and mechanisms provided separately from one another for cleaning the different parts of the system. For example, electrostatic precipitators and heat exchangers are usually cleaned using different mechanisms.
Störend sind auch Unterbrechungen des Betriebs der Biomasse-Heizanlage, um Wartungsarbeiten zum Reinigen durchzuführen, welche aufgrund der Ineffizienz und Unvollständigkeit der automatischen Reinigungseinrichtungen des Stands der Technik durchgeführt werden müssen. Um nun die Verbrennungsrückstände zu verringern und damit das Wartungsintervall zu vergrößern wird in der Brennkammer normalerweise nachteilhaft ein großer Luftüberschuss aufrechterhalten, doch dadurch nehmen die Flammentemperatur und der Wirkungsgrad der Verbrennung ab, und es kommt zu erhöhten Emissionen an unverbrannten Gasen (z.B. CO, CyHy), NOx und Staub (bspw. durch die verstärkte Aufwirbelung). Auch dies ist ein Problem, welche herkömmliche Biomasse-Heizanlagen mit Reinigungseinrichtungen aufweisen können.Interruptions in the operation of the biomass heating system in order to carry out maintenance work for cleaning, which must be carried out due to the inefficiency and incompleteness of the prior art automatic cleaning devices, are also disruptive. In order to reduce the combustion residues and thus increase the maintenance interval, a large excess of air is normally disadvantageously maintained in the combustion chamber, but this reduces the flame temperature and the efficiency of the combustion, and there are increased emissions of unburned gases (e.g. CO, CyHy) , NOx and dust (e.g. due to increased turbulence). This is also a problem that conventional biomass heating systems with cleaning devices can have.
Weiter besteht insbesondere auch bei den Wärmetauschern von Biomasse-Heizanlagen des Stands der Technik Optimierungsbedarf, d.h., deren Effizienz könnte gesteigert werden. Die Effizienz des Wärmetauschers ist dabei auch von dessen Verschmutzungsgrad abhängig. Damit besteht Verbesserungsbedarf betreffend der oft umständlichen und ineffizienten Abreinigung von herkömmlichen Wärmetauschern.Furthermore, there is also a need for optimization, especially in the heat exchangers of biomass heating systems of the prior art, i.e. their efficiency could be increased. The efficiency of the heat exchanger also depends on its degree of contamination. There is therefore a need for improvement with regard to the often cumbersome and inefficient cleaning of conventional heat exchangers.
Das gleiche gilt für die üblichen Elektrofilter von Biomasse-Heizanlagen. Deren Sprüh- und auch Abscheideelektroden setzen sich regelmäßig mit Verbrennungsrückständen zu, was die Ausbildung des elektrischen Feldes zur Filterung verschlechtert und die Effizienz der Filterung verringert.The same applies to the usual electrostatic precipitators of biomass heating systems. Their spray and separating electrodes are regularly clogged with combustion residues, which impairs the formation of the electric field for filtering and reduces the efficiency of the filtering.
Es kann folglich eine Aufgabe der Erfindung sein, eine Biomasse-Heizanlage mit einer optimierten Reinigungseinrichtung vorzusehen.It can consequently be an object of the invention to provide a biomass heating system with an optimized cleaning device.
Es kann in der Folge auch eine Aufgabe der Erfindung sein, eine Biomasse-Heizanlage in Hybridtechnologie vorzusehen, welche emissionsarm (v.a. bzgl. Feinstaub, CO, Kohlenwasserstoffen, NOx) ist, welche brennstoffflexibel mit Hackgut und Pellets betrieben werden kann, und welche einen hohen Wirkungsgrad aufweist. Das vorstehende kann die sekundäre Folge einer verbesserten Abreinigung sein.As a result, it can also be an object of the invention to provide a biomass heating system in hybrid technology, which is low in emissions (especially with regard to fine dust, CO, hydrocarbons, NOx), which can be operated flexibly with wood chips and pellets, and which has a high has efficiency. The above may be the secondary consequence of improved cleaning.
Dabei können erfindungsgemäß und ergänzend folgende Überlegungen eine Rolle spielen:
Die Hybridtechnologie soll sowohl den Einsatz von Pellets als auch von Hackgut mit Wassergehalten zwischen 8 und 35 Gewichtsprozent ermöglichen.According to the invention and in addition, the following considerations can play a role:
The hybrid technology should enable the use of both pellets and wood chips with a water content of between 8 and 35 percent by weight.
Möglichst niedrige gasförmige Emissionen (kleiner als 50 oder 100 mg/Nm3 bezogen auf trockenes Rauchgas und 13 Volumenprozent O2) sollen erzielt werden.Gaseous emissions that are as low as possible (less than 50 or 100 mg/Nm 3 based on dry flue gas and 13 percent by volume O 2 ) should be achieved.
Sehr niedrige Staubemissionen kleiner 15 mg/Nm3 ohne und kleiner 5 mg/Nm3 mit Elektrofilterbetrieb werden angestrebt.Very low dust emissions of less than 15 mg/Nm 3 without and less than 5 mg/Nm 3 with electrostatic precipitator operation are aimed for.
Ein hoher Wirkungsgrad von bis zu 98% (bezogen auf die zugeführte Brennstoffenergie (Heizwert) soll erreicht werden.A high degree of efficiency of up to 98% (based on the fuel energy supplied (calorific value) should be achieved.
Weiter kann man berücksichtigen, dass der Betrieb der Anlage optimiert sein soll. Beispielsweise soll eine einfache Entaschung, einfache Reinigung oder eine einfache Wartung ermöglicht werden.Furthermore, one can take into account that the operation of the system should be optimized. For example, simple ash removal, simple cleaning or simple maintenance should be made possible.
Zudem sollte eine hohe Anlagenverfügbarkeit vorhanden sein.In addition, there should be high plant availability.
Dabei kann/können sich die vorstehend genannte Aufgabe oder die potentiellen Einzelproblemstellungen auch auf einzelne Teilaspekte der Gesamtanlage beziehen, beispielsweise auf die Brennkammer, den Wärmetauscher oder die elektrische Filtereinrichtung.The task mentioned above or the potential individual problems can also relate to individual partial aspects of the overall system, for example to the combustion chamber, the heat exchanger or the electrical filter device.
Diese Aufgabe(n) wird/werden durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Aspekte und vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object(s) is/are solved by the subject matter of the independent claims. Further aspects and advantageous developments are the subject matter of the dependent claims.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Reinigungseinrichtung für eine Biomasse-Heizanlage zur Verfeuerung von Brennstoff in Form von Pellets und/oder Hackgut vorgesehen, wobei die Reinigungseinrichtung, das Folgende aufweist: eine Antriebseinheit zum Antrieb der Reinigungseinrichtung, ein Kurbelelement, das über einen Freilauf mit der Antriebseinheit gekoppelt ist, wobei die Antriebseinheit das Kurbelelement in einer Drehrichtung antreiben kann, ein Schubglied, das hin- und her bewegbar vorgesehen ist und das mit dem Kurbelelement gekoppelt ist; zumindest eine Reinigungswelle, die mit dem Schubglied wirkverbunden gekoppelt ist, zumindest ein Reinigungselement, das mit der Reinigungswelle wirkverbunden angeordnet ist; wobei die Reinigungseinrichtung derart eingerichtet ist, dass das Schubglied bei Drehung des Kurbelelements in Drehrichtung durch die Antriebseinheit in einer Schubrichtung verschoben wird; und das Schubglied, nach dem Überschreiten einer vorbestimmten Kurbeldrehposition des Kurbelelements, in einer Impulsrichtung, die der Schubrichtung entgegengesetzt ist, verschoben wird.According to one aspect of the present invention is a cleaning device for a biomass heating system for firing fuel in the form of pellets and/or wood chips are provided, the cleaning device having the following: a drive unit for driving the cleaning device, a crank element, which is coupled to the drive unit via a freewheel, the drive unit being able to drive the crank element in one direction of rotation, a thrust element, which - Is provided to be movable and which is coupled to the crank element; at least one cleaning shaft operatively coupled to the thrust member, at least one cleaning element disposed operatively connected to the cleaning shaft; wherein the cleaning device is set up in such a way that when the crank element rotates in the direction of rotation, the thrust member is displaced in a thrust direction by the drive unit; and after a predetermined crank rotational position of the crank element has been exceeded, the thrust member is displaced in an impulse direction which is opposite to the thrust direction.
Alle nachstehend beschriebenen Weiterbildungen können nicht nur die Biomasse-Heizanlage betreffen, sondern auch die vorstehende Reinigungseinrichtung für die Biomasse-Heizanlage.All of the developments described below can relate not only to the biomass heating system, but also to the above cleaning device for the biomass heating system.
Gemäß einem nicht beanspruchten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist Biomasse-Heizanlage zur Verfeuerung von Brennstoff in Form von Pellets und/oder Hackgut vorgesehen, die Biomasse-Heizanlage, aufweisend das Folgende:
einen Kessel mit einer Brenneinrichtung, einen Wärmetauscher mit einer Mehrzahl von Kesselrohren, eine Reinigungseinrichtung, welche das Folgende aufweist: eine Antriebseinheit zum Antrieb der Reinigungseinrichtung, ein Kurbelelement, das über einen Freilauf mit der Antriebseinheit gekoppelt ist, wobei die Antriebseinheit das Kurbelelement in einer Drehrichtung antreiben kann, ein Schubglied, das hin- und her bewegbar vorgesehen ist und das mit dem Kurbelelement gekoppelt ist; zumindest eine Reinigungswelle, die mit dem Schubglied wirkverbunden gekoppelt ist, zumindest ein Reinigungselement, das mit der Reinigungswelle wirkverbunden angeordnet ist; wobei die Reinigungseinrichtung derart eingerichtet ist, dass das Schubglied bei Drehung des Kurbelelements in Drehrichtung durch die Antriebseinheit in einer Schubrichtung verschoben wird; und das Schubglied, nach dem Überschreiten einer vorbestimmten Kurbeldrehposition des Kurbelelements, in einer Impulsrichtung, die der Schubrichtung entgegengesetzt ist, verschoben wird.According to a non-claimed aspect of the present invention, a biomass heating system for firing fuel in the form of pellets and/or wood chips is provided, the biomass heating system having the following:
a boiler with a burner, a heat exchanger with a plurality of boiler tubes, a cleaning device, which has the following: a drive unit for driving the cleaning device, a crank element which is coupled to the drive unit via a freewheel, the drive unit rotating the crank element in one direction can drive, a pushing member which is reciprocably provided and which is coupled to the crank member; at least one cleaning shaft operatively coupled to the thrust member, at least one cleaning element disposed operatively connected to the cleaning shaft; wherein the cleaning device is set up in such a way that when the crank element rotates in the direction of rotation, the thrust member is displaced in a thrust direction by the drive unit; and the thrust member, after exceeding a predetermined Crank rotation position of the crank member, is shifted in an impulse direction opposite to the thrust direction.
Gemäß einer Weiterbildung des Vorstehenden ist eine Reinigungseinrichtung bzw. eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei die Reinigungseinrichtung (9) derart eingerichtet ist, dass die Bewegung des Schubglieds in Impulsrichtung nicht durch die Antriebseinheit erfolgt.According to a further development of the above, a cleaning device or a biomass heating system is provided, the cleaning device (9) being set up in such a way that the movement of the thrust member in the direction of the impulse is not effected by the drive unit.
Gemäß einer Weiterbildung des Vorstehenden ist eine Reinigungseinrichtung bzw. eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei die Reinigungseinrichtung (9) derart eingerichtet ist, dass die Bewegung des Schubglieds in Impulsrichtung durch ein Drehmoment der Reinigungswelle bewirkt wird.According to a further development of the above, a cleaning device or a biomass heating system is provided, the cleaning device (9) being set up in such a way that the movement of the thrust member in the direction of the impulse is caused by a torque of the cleaning shaft.
Gemäß einer Weiterbildung des Vorstehenden ist eine Reinigungseinrichtung bzw. eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei das zumindest eine Reinigungselement bis zum Erreichen der vorbestimmten Kurbeldrehposition durch die Drehung des Kurbelelements angehoben wird, und das zumindest eine Reinigungselement nach dem Überschreiten der vorbestimmten Kurbeldrehposition aufgrund des Eigengewichts des zumindest einen Reinigungselements beschleunigt o oder schlagartig herabfällt.According to a further development of the above, a cleaning device or a biomass heating system is provided, wherein the at least one cleaning element is raised by the rotation of the crank element until the predetermined crank rotary position is reached, and the at least one cleaning element after the predetermined crank rotary position has been exceeded due to the weight of the accelerates at least one cleaning element o or suddenly falls down.
Gemäß einer Weiterbildung des Vorstehenden ist eine Reinigungseinrichtung bzw. eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei die Reinigungseinrichtung derart eingerichtet ist, dass die Bewegung des Schubglieds in Schubrichtung zumindest annähernd gleichförmig erfolgt.According to a further development of the above, a cleaning device or a biomass heating system is provided, with the cleaning device being set up in such a way that the movement of the pushing member in the pushing direction takes place at least approximately uniformly.
Gemäß einer Weiterbildung des Vorstehenden ist eine Reinigungseinrichtung bzw. eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei die Reinigungseinrichtung derart eingerichtet ist, dass die Bewegung des Schubglieds in Impulsrichtung beschleunigt erfolgt.According to a further development of the above, a cleaning device or a biomass heating system is provided, with the cleaning device being set up in such a way that the movement of the thrust member is accelerated in the pulse direction.
Gemäß einer Weiterbildung des Vorstehenden ist eine Reinigungseinrichtung bzw. eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei das Schubglied eine Öffnung für einen Kurbelfortsatz des Kurbelelements aufweist.According to a development of the above, a cleaning device or a biomass heating system is provided, with the thrust member having an opening for a crank extension of the crank element.
Gemäß einer Weiterbildung des Vorstehenden ist eine Reinigungseinrichtung bzw. eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei das Schubglied zur beweglichen Führung des Schubglieds zumindest ein längliches Führungsloch zur Aufnahme zumindest eines Führungszapfens aufweist.According to a further development of the above, a cleaning device or a biomass heating system is provided, with the thrust member having at least one elongate guide hole for receiving at least one guide pin for movably guiding the thrust member.
Gemäß einer Weiterbildung des Vorstehenden ist eine Reinigungseinrichtung bzw. eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei das Schubglied geradlinig hin- und her bewegbar angeordnet ist.According to a development of the above, a cleaning device or a biomass heating system is provided, with the thrust member being arranged so that it can be moved back and forth in a straight line.
Gemäß einer Weiterbildung des Vorstehenden ist eine Reinigungseinrichtung bzw. eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei die zumindest eine Reinigungswelle einen Hebel mit einem Hebelzapfen an einem bezüglich der Reinigungswelle distalen Ende des Hebels aufweist; und das Schubglied zumindest ein längliches Hebelzapfenloch zur beweglichen Aufnahme des Hebelzapfens aufweist.According to a development of the above, a cleaning device or a biomass heating system is provided, wherein the at least one cleaning shaft has a lever with a lever pin on an end of the lever that is distal in relation to the cleaning shaft; and the thrust member has at least one elongated fulcrum pin hole for movably receiving the fulcrum pin.
Gemäß einer Weiterbildung des Vorstehenden ist eine Reinigungseinrichtung bzw. eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei das zumindest eine Reinigungselement zumindest einen Turbulator, vorzugsweise einen Spiralturbulator und/oder einen Bandturbulator, ist, der bzw. die in zumindest einem Kesselrohr des Wärmetauschers vorgesehen ist oder sind.According to a development of the above, a cleaning device or a biomass heating system is provided, with the at least one cleaning element being at least one turbulator, preferably a spiral turbulator and/or a belt turbulator, which is or are provided in at least one boiler tube of the heat exchanger .
Gemäß einer Weiterbildung des Vorstehenden ist eine Reinigungseinrichtung bzw. eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei die Reinigungseinrichtung derart eingerichtet ist, dass der Freilauf das Drehmoment des Motors in Drehrichtung des Kurbelelements überträgt; und der Freilauf bei Überschreiten der vorbestimmten Kurbeldrehposition des Kurbelelements eine Weiterdrehung des Kurbelelements in Drehrichtung freigibt.According to a development of the above, a cleaning device or a biomass heating system is provided, the cleaning device being set up in such a way that the freewheel transmits the torque of the motor in the direction of rotation of the crank element; and the freewheel releases further rotation of the crank element in the direction of rotation when the predetermined crank rotational position of the crank element is exceeded.
Gemäß einer Weiterbildung des Vorstehenden ist eine Reinigungseinrichtung bzw. eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei das Schubglied einen Anschlag als Endanschlag für die Bewegung in Impulsrichtung aufweist.According to a development of the above, a cleaning device or a biomass heating system is provided, with the thrust member having a stop as the end stop for the movement in the pulse direction.
Gemäß einer Weiterbildung des Vorstehenden ist eine Reinigungseinrichtung bzw. eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei eine Öffnung des Schubglieds zur Aufnahme einer Laufrolle des Kurbelfortsatzes vorgesehen ist.According to a further development of the above, a cleaning device or a biomass heating system is provided, with an opening of the thrust member being provided for receiving a roller of the crank extension.
Dabei kann die Öffnung in einer Richtung der Öffnung einen Durchmesser aufweisen, der in etwa dem Kurbelradius zuzüglich dem Radius der Laufrolle (oder des Kurbelfortsatzes) entspricht; und es kann die Öffnung in einer anderen Richtung, die senkrecht zu der einen Richtung ist, einen Durchmesser aufweisen, der kleiner als etwa der Kurbelradius zuzüglich dem Radius der Laufrolle (oder des Kurbelfortsatzes) ist.In this case, the opening can have a diameter in one direction of the opening which corresponds approximately to the crank radius plus the radius of the roller (or the crank extension); and the opening may have a diameter in another direction perpendicular to the one direction that is less than about the crank radius plus the radius of the pulley (or crank extension).
Gemäß einer Weiterbildung des Vorstehenden ist eine Reinigungseinrichtung bzw. eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei die Öffnung des Schubglieds eine Stufe aufweist, die durch die Laufrolle bei Erreichen der vorbestimmten Kurbeldrehposition überschritten wird.According to a development of the above, a cleaning device or a biomass heating system is provided, with the opening of the thrust member having a step that is exceeded by the roller when the predetermined crank rotary position is reached.
Gemäß einer Weiterbildung des Vorstehenden ist eine Reinigungseinrichtung bzw. eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, diese weiter aufweisend: ein Dämpfungselement, vorzugsweise eine Feder, welches derart angeordnet ist, dass das Dämpfungselement die Bewegung des Schubglieds in Schubrichtung dämpft.According to a development of the above, a cleaning device or a biomass heating system is provided, this further comprising: a damping element, preferably a spring, which is arranged such that the damping element dampens the movement of the thrust member in the thrust direction.
Gemäß einer Weiterbildung des Vorstehenden ist eine Reinigungseinrichtung bzw. eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei: eine Kontraktions- und Expansionsrichtung des Dämpfungselements zumindest annähernd parallel zur Richtung der Hin- und Herbewegung des Dämpfungselements vorgesehen ist.According to a development of the above, a cleaning device or a biomass heating system is provided, wherein: a contraction and expansion direction of the damping element is provided at least approximately parallel to the direction of the back and forth movement of the damping element.
Gemäß einer Weiterbildung des Vorstehenden ist eine Reinigungseinrichtung bzw. eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei das Schubglied plattenförmig vorgesehen ist, und/oder wobei ein Ende der zumindest einen Reinigungswelle als Führungszapfen zur Aufnahme in längliches Führungsloch dient.According to a development of the above, a cleaning device or a biomass heating system is provided, with the thrust member being provided in the form of a plate and/or wherein one end of the at least one cleaning shaft serves as a guide pin for receiving in an elongate guide hole.
Gemäß einer Weiterbildung des Vorstehenden ist eine Reinigungseinrichtung bzw. eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, diese weiterhin aufweisend: eine elektrostatische Filtereinrichtung mit einer Sprühelektrode und einem Reinigungskäfig als Gegenelektrode, wobei das Reinigungselement ein Schlaghebel ist; und wobei der Schlaghebel mit der Reinigungswelle wirkverbunden ist und derart angeordnet sind, dass der Schlaghebel bei der ruckartigen Drehung der Reinigungswelle an die Sprühelektrode zur Reinigung anschlägt.According to a development of the above, a cleaning device or a biomass heating system is provided, this further comprising: an electrostatic filter device with a spray electrode and a cleaning cage as a counter-electrode, the cleaning element being a striking lever; and wherein the impact lever is operatively connected to the cleaning shaft and is arranged in such a way that the impact lever strikes the discharge electrode for cleaning when the cleaning shaft rotates abruptly.
Gemäß einer Weiterbildung des Vorstehenden ist eine Reinigungseinrichtung bzw. eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei ein Sensor, beispielsweise ein induktiver Positionsschalter, zur Erfassung der Position oder der Endstellung des Schubglieds vorgesehen ist.According to a development of the above, a cleaning device or a biomass heating system is provided, with a sensor, for example an inductive position switch, being provided for detecting the position or the end position of the thrust member.
Gemäß einer Weiterbildung des Vorstehenden ist eine Reinigungseinrichtung bzw. eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei eine Ascheaustragungsschnecke der Biomasse-Heizanlage ebenso durch die Antriebseinheit angetrieben wird.According to a development of the above, a cleaning device or a biomass heating system is provided, with an ash discharge screw of the biomass heating system also being driven by the drive unit.
Die strukturellen Merkmale, Funktionen und Vorteile der vorstehenden Aspekte sind in der nachstehenden Beschreibung mit Hilfe beispielhafter Ausführungsformen näher beschrieben.The structural features, functions and advantages of the above aspects are described in more detail in the following description with the aid of exemplary embodiments.
Die folgenden Aspekte der vorliegenden Offenbarung sind mit den vorhergehenden beliebig kombinierbar. Damit kann die Biomasse-Heizanlage in Synergie mit der optimierten Reinigungseinrichtung nochmals verbessert werden.The following aspects of the present disclosure can be combined with the preceding ones as desired. In this way, the biomass heating system can be further improved in synergy with the optimized cleaning device.
Gemäß einem weiteren allgemeinen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Biomasse-Heizanlage zur Verfeuerung von Brennstoff in Form von Pellets und/oder Hackgut offenbart, die Anlage aufweisend das Folgende: einen Kessel mit einer Brenneinrichtung, einen Wärmetauscher mit einer Mehrzahl von Kesselrohren, wobei die Brenneinrichtung das Folgende aufweist: eine Brennkammer mit einem Drehrost, mit einer Primärverbrennungszone und mit einer Sekundärverbrennungszone; wobei die Primärverbrennungszone durch eine Mehrzahl von Brennkammersteinen seitlich und durch den Drehrost von unten umfasst ist; wobei in den Brennkammersteinen eine Mehrzahl von Sekundärluftdüsen vorgesehen ist; wobei die Primärverbrennungszone und die Sekundärverbrennungszone auf der Höhe der Sekundärluftdüsen separiert werden; wobei die Sekundärverbrennungszone der Brennkammer strömungstechnisch mit einem Eintritt des Wärmetauschers verbunden ist.According to a further general aspect of the present disclosure, a biomass heating system for firing fuel in the form of pellets and/or wood chips is disclosed, the system comprising the following: a boiler with a combustion device, a heat exchanger with a plurality of boiler tubes, the A combustor comprising: a combustor having a rotary grate, having a primary combustion zone, and having a secondary combustion zone; the primary combustion zone being encompassed by a plurality of combustion chamber bricks laterally and by the rotary grate from below; a plurality of secondary air nozzles being provided in the combustor bricks; the primary combustion zone and the secondary combustion zone being separated at the level of the secondary air nozzles; wherein the secondary combustion zone of the combustor is fluidly connected to an inlet of the heat exchanger.
Gemäß einer Weiterbildung des Vorstehenden ist eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei die Sekundärluftdüsen derart angeordnet sind, dass in der Sekundärverbrennungszone der Brennkammer Wirbelströmungen eines Rauchgas-Luft Gemischs aus Sekundärluft und Verbrennungsluft um eine vertikale Mittenachse entstehen, wobei die Wirbelströmungen zur Verbesserung der Vermischung des Rauchgas-Luft Gemischs führen.According to a further development of the above, a biomass heating system is provided, with the secondary air nozzles being arranged in such a way that in the secondary combustion zone of the combustion chamber, turbulent flows of a flue gas-air mixture of secondary air and combustion air are created around a vertical central axis, with the turbulent flows to improve the mixing of the flue gas -lead air mixture.
Gemäß einer Weiterbildung ist eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei die Sekundärluftdüsen in den Brennkammersteinen jeweils als zylindrische oder kegelstumpfförmige Öffnung in den Brennkammersteinen mit einem kreisförmigen oder elliptischen Querschnitt ausgebildet sind, wobei der kleinste Durchmesser der jeweiligen Öffnung kleiner als dessen maximale Länge ist.According to one development, a biomass heating system is provided, with the secondary air nozzles in the combustion chamber bricks each being designed as a cylindrical or truncated cone-shaped opening in the combustion chamber bricks with a circular or elliptical cross section, the smallest diameter of the respective opening being smaller than its maximum length.
Gemäß einer Weiterbildung ist eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei die Brenneinrichtung mit der Brennkammer derart eingerichtet ist, dass die Wirbelströmungen nach dem Austritt aus der Brennkammerdüse spiralförmige Rotationsströmungen ausbilden, die bis zu einer Brennkammerdecke der Brennkammer reichen.According to one development, a biomass heating system is provided, the combustion device with the combustion chamber being set up in such a way that the turbulent flows form spiral-shaped rotational flows after exiting the combustion chamber nozzle, which reach up to a combustion chamber ceiling of the combustion chamber.
Gemäß einer Weiterbildung ist eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei die Sekundärluftdüsen in der Brennkammer auf zumindest annähernd der gleichen Höhe angeordnet sind; und die Sekundärluftdüsen mit deren Mittenachse derart angeordnet und/oder (je nach Art der Düse) derart ausgerichtet sind, dass die Sekundärluft azentrisch zu einem Symmetriemittelpunkt der Brennkammer eingeleitet wird.According to a development, a biomass heating system is provided, with the secondary air nozzles being arranged at least approximately at the same height in the combustion chamber; and the secondary air nozzles are arranged with their center axis as such and/or (depending on the type of nozzle) are aligned in such a way that the secondary air is introduced acentrically to a center of symmetry of the combustion chamber.
Gemäß einer Weiterbildung ist eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei die Anzahl der Sekundärluftdüsen zwischen 8 und 14 liegt; und/oder die Sekundärluftdüsen eine Mindestlänge von mindestens 50 mm bei einem Innendurchmesser von 20 bis 35 mm aufweisen.According to a development, a biomass heating system is provided, with the number of secondary air nozzles being between 8 and 14; and/or the secondary air nozzles have a minimum length of at least 50 mm with an inner diameter of 20 to 35 mm.
Gemäß einer Weiterbildung ist eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei
die Brennkammer in der Sekundärverbrennungszone eine Brennkammerschräge aufweist, welche den Querschnitt der Sekundärverbrennungszone in Richtung des Eintritts des Wärmetauschers verkleinert.According to a further development, a biomass heating system is provided
the combustion chamber in the secondary combustion zone has a combustion chamber slope which reduces the cross section of the secondary combustion zone in the direction of the inlet of the heat exchanger.
Gemäß einer Weiterbildung ist eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei die Brennkammer in der Sekundärverbrennungszone eine Brennkammerdecke aufweist, die in Richtung des Eintritts des Wärmetauschers nach oben geneigt vorgesehen ist, und die den Querschnitt der Brennkammer in Richtung des Eintritts verkleinert.According to a development, a biomass heating system is provided, with the combustion chamber in the secondary combustion zone having a combustion chamber cover which is provided inclined upwards in the direction of the inlet of the heat exchanger and which reduces the cross section of the combustion chamber in the direction of the inlet.
Gemäß einer Weiterbildung ist eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei die Brennkammerschräge und die geneigte Brennkammerdecke einen Trichter ausbilden, dessen kleineres Ende in den Eintritt des Wärmetauschers mündet.According to a development, a biomass heating system is provided, with the combustion chamber slope and the inclined combustion chamber ceiling forming a funnel, the smaller end of which opens into the inlet of the heat exchanger.
Gemäß einer Weiterbildung ist eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei die Primärverbrennungszone und zumindest ein Teil der Sekundärverbrennungszone einen ovalen Horizontalquerschnitt aufweist; und/oder die Sekundärluftdüsen derart angeordnet sind, dass diese die Sekundärluft tangential in die Brennkammer einleiten.According to a development, a biomass heating system is provided, with the primary combustion zone and at least part of the secondary combustion zone having an oval horizontal cross section; and/or the secondary air nozzles are arranged in such a way that they introduce the secondary air tangentially into the combustion chamber.
Gemäß einer Weiterbildung ist eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit der Sekundärluft in den Sekundärluftdüsen zumindest 8 m/s, vorzugsweise zumindest 10 m/s, beträgt.According to a development, a biomass heating system is provided, with the average flow speed of the secondary air in the secondary air nozzles being at least 8 m/s, preferably at least 10 m/s.
Gemäß einer Weiterbildung ist eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei die Brennkammersteine einen modularen Aufbau aufweisen; und jeweils zwei halbkreisförmige Brennkammersteine einen geschlossenen Ring bilden, um die Primärverbrennungszone und/oder einen Teil der Sekundärverbrennungszone auszubilden; und zumindest zwei Ringe an Brennkammersteinen aufeinandergestapelt angeordnet sind.According to a development, a biomass heating system is provided, with the combustion chamber bricks having a modular structure; and any two semi-circular combustor bricks form a closed ring to form the primary combustion zone and/or part of the secondary combustion zone; and at least two rings of bricks are stacked one on top of the other.
Gemäß einer Weiterbildung ist eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei der Wärmetauscher in den Kesselrohren angeordnete Spiralturbulatoren aufweist, die sich über die gesamte Länge der Kesselrohre erstrecken; und der Wärmetauscher in den Kesselrohren angeordnete Bandturbulatoren aufweist, die sich zumindest über die halbe Länge der Kesselrohre erstrecken.According to a development, a biomass heating system is provided, with the heat exchanger having spiral turbulators arranged in the boiler tubes, which extend over the entire length of the boiler tubes; and the heat exchanger includes strip turbulators located in the boiler tubes and extending at least half the length of the boiler tubes.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Biomasse-Heizanlage zur Verfeuerung von Brennstoff in Form von Pellets und/oder Hackgut vorgesehen, welche das Folgende aufweist: einen Kessel mit einer Brenneinrichtung, einen Wärmetauscher mit einer, vorzugsweise bündelartig angeordneten, Mehrzahl von Kesselrohren, wobei die Brenneinrichtung das Folgende aufweist: eine Brennkammer mit einem Drehrost und mit einer Primärverbrennungszone und mit einer, bevorzugt über der Primärverbrennungszone vorgesehenen, Sekundärverbrennungszone; wobei die Primärverbrennungszone durch eine Mehrzahl von Brennkammersteinen seitlich und durch den Drehrost von unten umfasst ist; wobei Sekundärverbrennungszone eine Brennkammerdüse bzw. ein Durchbrandloch beinhaltet; wobei die Sekundärverbrennungszone der Brennkammer strömungstechnisch mit einem Eintritt bzw. Einlass des Wärmetauschers verbunden ist; wobei die Primärverbrennungszone einen ovalen Horizontalquerschnitt aufweist.According to a further aspect of the present disclosure, a biomass heating system for firing fuel in the form of pellets and/or wood chips is provided, which has the following: a boiler with a combustion device, a heat exchanger with a plurality of boiler tubes, preferably arranged in a bundle-like manner, the combustor comprising: a combustor having a rotary grate and having a primary combustion zone and a secondary combustion zone, preferably provided above the primary combustion zone; the primary combustion zone being encompassed by a plurality of combustion chamber bricks laterally and by the rotary grate from below; wherein secondary combustion zone includes a combustor nozzle or burn-through hole; wherein the secondary combustion zone of the combustor is fluidly connected to an inlet of the heat exchanger; wherein the primary combustion zone has an oval horizontal cross-section.
Bei bündelartig angeordneten Kesselrohren kann es sich um eine Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten Kesselrohren mit zumindest weitgehend gleicher Länge handeln. Vorzugsweise können die Einlassöffnungen und die Auslassöffnungen aller Kesselrohre jeweils in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sein; d. h., die Einlassöffnungen und die Auslassöffnungen aller Kesselrohre liegen auf gleicher Höhe.In the case of boiler tubes arranged in a bundle-like manner, there can be a plurality of boiler tubes which are arranged parallel to one another and have at least largely the same length. Preferably, the inlet openings and the outlet openings of all boiler tubes can each be arranged in a common plane; ie the inlet openings and the outlet openings of all boiler tubes are at the same level.
"Horizontal" kann vorliegend eine ebene Ausrichtung einer Achse oder eines Querschnitts in der Annahme bezeichnen, dass der Kessel ebenso horizontal aufgestellt ist, womit beispielsweise das Erdniveau die Referenz sein kann. Alternativ kann "horizontal" vorliegend "parallel" zur Grundebene des Kessels 11 bedeuten, so wie diese üblicherweise definiert wird. Weiter alternativ kann, insbesondere bei einem Fehlen einer Bezugsebene, "horizontal" lediglich als "parallel" zur Verbrennungsebene des Rosts verstanden werden.In the present case, "horizontal" can denote a level orientation of an axis or a cross section, assuming that the boiler is also set up horizontally, with which, for example, the ground level can be the reference. Alternatively, "horizontal" as used herein means "parallel" to the base plane of
Weiter kann die Primärverbrennungszone einen ovalen Querschnitt aufweisen.Furthermore, the primary combustion zone can have an oval cross-section.
Der ovale Horizontalquerschnitt weist keine Totecken auf, und weist somit eine verbesserte Luftdurchströmung und die Möglichkeit zu einer weitgehend unbehinderten Wirbelströmung auf. Folglich weist die Biomasse-Heizanlage eine verbesserte Effizienz und niedrigere Emissionen auf. Zudem ist der ovale Querschnitt gut an die Art der Brennstoffverteilung bei seitlicher Zufuhr dessen und der daraus entstehenden Geometrie des Brennstoffbetts auf dem Rost angepasst. Ein ideal "runder" Querschnitt ist ebenso möglich, jedoch nicht so gut an die Geometrie der Brennstoffverteilung und auch der Strömungstechnik der Wirbelströmung angepasst, wobei die Asymmetrie des Ovals gegenüber der "ideal" Kreisförmigen Querschnittsform der Brennkammer eine verbesserte Ausbildung einer turbulenten Strömung in der Brennkammer ermöglicht.The oval horizontal cross-section has no dead corners and thus has an improved air flow and the possibility of a largely unimpeded turbulent flow. Consequently, the biomass heating system has improved efficiency and lower emissions. In addition, the oval cross-section is well adapted to the type of fuel distribution when it is fed in from the side and the resulting geometry of the fuel bed on the grate. An ideally "round" cross section is also possible, but not so well adapted to the geometry of the fuel distribution and also to the flow technology of the turbulent flow, with the asymmetry of the oval compared to the "ideally" circular cross-sectional shape of the combustion chamber improving the formation of a turbulent flow in the combustion chamber allows.
Gemäß einer Weiterbildung ist eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei der Horizontalquerschnitt der Primärverbrennungszone über eine Höhe von zumindest 100 mm zumindest annähernd gleichbleibend vorgesehen ist. Auch dies dient der unbehinderten Ausbildung der Strömungsprofile in der Brennkammer.According to a development, a biomass heating system is provided, with the horizontal cross section of the primary combustion zone being provided at least approximately the same over a height of at least 100 mm. This also serves to ensure the unhindered development of the flow profiles in the combustion chamber.
Gemäß einer Weiterbildung ist eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei die Brennkammer in der Sekundärverbrennungszone eine Brennkammerschräge aufweist, welche den Querschnitt der Sekundärverbrennungszone in Richtung des Eintritts bzw. des Einlasses des Wärmetauschers verjüngt.According to a development, a biomass heating system is provided, with the combustion chamber in the secondary combustion zone having a combustion chamber slope which narrows the cross section of the secondary combustion zone in the direction of the inlet or inlet of the heat exchanger.
Gemäß einer Weiterbildung ist eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei der Drehrost ein erstes Drehrostelement, ein zweites Drehrostelement und ein drittes Drehrostelement aufweist, die jeweils um eine horizontal angeordnete Lagerachse um zumindest 90 Grad, vorzugsweise zumindest 160 Grad, noch weiter bevorzugt um zumindest 170 Grad, drehbar angeordnet sind; wobei die Drehrostelemente eine Verbrennungsfläche für den Brennstoff ausbilden; wobei die Drehrostelemente Öffnungen für die Luft zur Verbrennung aufweisen, wobei das erste Drehrostelement und das dritte Drehrostelement in ihrer Verbrennungsfläche identisch ausgebildet sind.According to one development, a biomass heating system is provided, with the rotary grate having a first rotary grate element, a second rotary grate element and a third rotary grate element, each of which rotates about a horizontally arranged bearing axis by at least 90 degrees, preferably at least 160 degrees, even more preferably by at least 170 degrees , are rotatably arranged; wherein the rotary grate elements form a combustion surface for the fuel; wherein the rotary grate elements have openings for the air for combustion, wherein the first rotary grate element and the third rotary grate element are identical in their combustion surface.
Die Öffnungen in den Drehrostelementen sind dabei bevorzugt schlitzförmig und in einem regelmäßigen Muster ausgebildet, um eine gleichmäßige Luftdurchströmung des Brennstoffbetts sicherzustellen.The openings in the rotary grate elements are preferably designed in the form of slots and in a regular pattern in order to ensure a uniform flow of air through the fuel bed.
Gemäß einer Weiterbildung ist eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei das zweite Drehrostelement formschlüssig zwischen dem ersten Drehrostelement und dem dritten Drehrostelement angeordnet ist und Rostlippen aufweist, die derart angeordnet sind, dass diese in Horizontallage aller drei Drehrostelemente zumindest weitgehend dichtend an dem ersten Drehrostelement und dem dritten Drehrostelement anliegen.According to a further development, a biomass heating system is provided, with the second rotary grate element being arranged in a form-fitting manner between the first rotary grate element and the third rotary grate element and having grate lips which are arranged in such a way that, when all three rotary grate elements are in the horizontal position, they at least largely form a seal on the first rotary grate element and the third rotary grate element.
Gemäß einer Weiterbildung ist eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei der Drehrost weiter eine Drehrostmechanik aufweist, die derart konfiguriert ist, dass diese das dritte Drehrostelement unabhängig von dem ersten Drehrostelement und dem zweiten Drehrostelement drehen kann, und dass diese das erste Drehrostelement und das zweite Drehrostelement gemeinsam aber unabhängig von dem dritten Drehrostelement drehen kann.According to one development, a biomass heating system is provided, with the rotary grate also having a rotary grate mechanism that is configured in such a way that it can rotate the third rotary grate element independently of the first rotary grate element and the second rotary grate element, and that this rotates the first rotary grate element and the second rotary grate element together but can rotate independently of the third rotary grate element.
Gemäß einer Weiterbildung ist eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei die Verbrennungsfläche der Drehrostelemente eine im Wesentlichen ovale oder elliptische Verbrennungsfläche konfiguriert.According to a development, a biomass heating system is provided, with the combustion surface of the rotary grate elements being configured as an essentially oval or elliptical combustion surface.
Gemäß einer Weiterbildung ist eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei die Drehrostelemente zueinander komplementäre und gekrümmte Seiten aufweisen, wobei vorzugsweise das zweite Drehrostelement jeweils zu dem benachbarten ersten und dritten Drehrostelement konkave Seiten aufweist, und vorzugsweise das erste und dritte Drehrostelement jeweils zu dem zweiten Drehrostelement hin eine konvexe Seite aufweisen.According to a development, a biomass heating system is provided, wherein the rotary grate elements have mutually complementary and curved sides, wherein preferably the second rotary grate element has concave sides towards the adjacent first and third rotary grate elements respectively, and preferably the first and third rotary grate elements each have a convex side towards the second rotary grate element.
Gemäß einer Weiterbildung ist eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei die Brennkammersteine einen modularen Aufbau aufweisen; und jeweils zwei halbkreisförmige Brennkammersteine einen geschlossenen Ring bilden, um die Primärverbrennungszone auszubilden; und zumindest zwei Ringe an Brennkammersteinen aufeinandergestapelt angeordnet sind.According to a development, a biomass heating system is provided, with the combustion chamber bricks having a modular structure; and every two semi-circular combustor bricks form a closed ring to form the primary combustion zone; and at least two rings of bricks are stacked one on top of the other.
Gemäß einer Weiterbildung ist eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei der Wärmetauscher in den Kesselrohren angeordnete Spiralturbulatoren aufweist, die sich über die gesamte Länge der Kesselrohre erstrecken; und der Wärmetauscher in den Kesselrohren angeordnete Bandturbulatoren aufweist, die sich zumindest über die halbe Länge der Kesselrohre erstrecken. Dabei können die Bandturbulatoren bevorzugt in oder innerhalb der Spiralturbulatoren angeordnet sein. Insbesondere können die Bandturbulatoren in den Spiralturbulatoren integriert angeordnet sein. Dabei können sich die Bandturbulatoren bevorzugt über eine Länge von 30 bis 70% der Länge der Spiralturbulatoren erstrecken.According to a development, a biomass heating system is provided, with the heat exchanger having spiral turbulators arranged in the boiler tubes, which extend over the entire length of the boiler tubes; and the heat exchanger includes strip turbulators located in the boiler tubes and extending at least half the length of the boiler tubes. The band turbulators can preferably be arranged in or inside the spiral turbulators. In particular, the band turbulators can be integrated into the spiral turbulators. The band turbulators can preferably extend over a length of 30 to 70% of the length of the spiral turbulators.
Gemäß einer Weiterbildung ist eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei der Wärmetauscher zwischen 18 und 24 Kesselrohre mit jeweils einem Durchmesser von 70 bis 85 mm und einer Wandstärke von 3 bis 4 mm aufweist.According to a development, a biomass heating system is provided, with the heat exchanger having between 18 and 24 boiler tubes, each with a diameter of 70 to 85 mm and a wall thickness of 3 to 4 mm.
Gemäß einer Weiterbildung ist eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei der Kessel eine integriert angeordnete elektrostatische Filtereinrichtung aufweist, die eine Sprühelektrode und eine die Sprühelektrode umgebende Niederschlagselektrode und einen Käfig bzw. eine käfigförmige Abreinigungseinrichtung aufweist; wobei der Kessel weiter eine mechanisch betätigbare Reinigungseinrichtung mit einem Schlaghebel mit einem Anschlagkopf aufweist; wobei die Reinigungseinrichtung derart eingerichtet ist, dass diese die (Sprüh-) Elektrode an deren Ende mit dem Anschlagkopf anschlagen kann, so dass eine Stoßwelle durch die Elektrode und/oder eine Transversalschwingung der (Sprüh-)Elektrode erzeugt wird, um die Elektrode von Verunreinigungen abzureinigen. Als Material für die Elektrode ist ein Stahl vorgesehen, der durch den Anschlagkopf in Schwingungen (longitudinal und/oder transversal und/oder Stoßwelle) versetzt werden kann. Hierzu kommt beispielsweise Federstahl und/oder Chromstahl in Frage. Der Werkstoff des Federstahls kann vorzugsweise ein austenitischer Chrom-Nickel-Stahl, beispielsweise 1.4310 sein. Weiter kann der Federstahl bombiert ausgeführt sein. Die käfigförmige Abreinigungseinrichtung kann weiter entlang der Wand der elektrostatischen Filtereinrichtung zum Abreinigen der Niederschlagselektrode hin- und herbewegt werden.According to a development, a biomass heating system is provided, the boiler having an integrated electrostatic filter device, which has a spray electrode and a precipitation electrode surrounding the spray electrode and a cage or a cage-like cleaning device; wherein the boiler further comprises a mechanically operable cleaning device with a hammer with a stop head; wherein the cleaning device is set up in such a way that it can hit the end of the (spray) electrode with the stop head, so that a shock wave is generated through the electrode and/or a transverse vibration of the (spray) electrode in order to clean the electrode of impurities. A steel is provided as the material for the electrode, which can be caused to oscillate (longitudinally and/or transversely and/or shock wave) by the stop head. Spring steel and/or chromium steel, for example, can be used for this purpose. The material of the spring steel can preferably be an austenitic chromium-nickel steel, for example 1.4310. Next, the spring steel can be cambered. The cage-shaped cleaning device can be further moved back and forth along the wall of the electrostatic filter device for cleaning the collecting electrode.
Gemäß einer Weiterbildung ist eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei eine in den Kessel im kalten Bereich integrierte Reinigungseinrichtung vorgesehen ist, die derart konfiguriert ist, dass diese die Kesselrohre des Wärmetauschers durch eine Auf- und Abwärtsbewegung von in den Kesselrohren vorgesehenen Turbulatoren abreinigen kann. Die Auf- und Abwärtsbewegung kann auch als Hin- und Herbewegung der Turbulatoren in den Kesselrohren in Längsrichtung der Kesselrohre verstanden werden.According to a development, a biomass heating system is provided, with a cleaning device integrated in the boiler in the cold area being provided, which is configured in such a way that it can clean the boiler tubes of the heat exchanger by moving turbulators provided in the boiler tubes up and down. The up and down movement can also be understood as the reciprocating movement of the turbulators in the boiler tubes in the longitudinal direction of the boiler tubes.
Gemäß einer Weiterbildung ist eine Biomasse-Heizanlage vorgesehen, wobei in der Brennkammer über dem Drehrost eine Glutbetthöhenmessmechanik angeordnet ist; wobei die Glutbetthöhenmessmechanik eine auf einer Drehachse angebrachte Brennstoff-Niveauklappe mit einer Hauptfläche aufweist; wobei eine Oberflächenparallele der Hauptfläche der Brennstoff-Niveauklappe winklig zu einer Mittenachse der Drehachse vorgesehen ist, wobei der Winkel vorzugsweise größer 20 Grad ist.According to a development, a biomass heating system is provided, with a fire bed height measuring mechanism being arranged in the combustion chamber above the rotary grate; wherein the firebed height measurement mechanism comprises a fuel level flap mounted on a pivot and having a major surface; wherein a surface parallel of the main surface of the fuel level flap is provided at an angle to a central axis of the axis of rotation, the angle preferably being greater than 20 degrees.
Obschon alle vorstehenden Einzelmerkmale und Details eines Aspekts der Erfindung und der Weiterbildungen dieses Aspekts in Zusammenhang mit der Biomasse-Heizanlage beschrieben sind, so sind diese Einzelmerkmale und Details auch als solche unabhängig von der Biomasse-Heizanlage offenbart.Although all the above individual features and details of an aspect of the invention and the developments of this aspect are described in connection with the biomass heating system, these individual features and details are also disclosed as such independently of the biomass heating system.
Beispielsweise ist eine Brennkammerschräge einer Sekundärverbrennungszone einer Brennkammer mit deren hierin genannten Merkmalen und Eigenschaften offenbart, die (lediglich) für eine Biomasse-Heizanlage geeignet ist. Insofern ist eine Brennkammerschräge für eine Sekundärverbrennungszone einer Brennkammer einer Biomasse-Heizanlage mit den hierin genannten Merkmalen und Eigenschaften offenbart.For example, a combustion chamber slope of a secondary combustion zone of a combustion chamber with the features and properties mentioned herein is disclosed, which is (only) suitable for a biomass heating system. In this respect, a combustion chamber incline for a secondary combustion zone of a combustion chamber of a biomass heating system with the features and properties mentioned herein is disclosed.
Weiter ist beispielsweise ein Drehrost für eine Brennkammer einer Biomasse-Heizanlage mit dessen hierin genannten Merkmalen und Eigenschaften offenbart.Furthermore, for example, a rotary grate for a combustion chamber of a biomass heating system with its features and properties mentioned herein is disclosed.
Weiter ist beispielsweise eine Mehrzahl von Brennkammersteinen für eine Brennkammer einer Biomasse-Heizanlage mit deren hierin genannten Merkmalen und Eigenschaften offenbart.Furthermore, for example, a plurality of combustion chamber bricks for a combustion chamber of a biomass heating system with the features and properties mentioned herein is disclosed.
Weiter ist beispielsweise eine integriert angeordnete elektrostatische Filtereinrichtung für eine Biomasse-Heizanlage mit deren hierin genannten Merkmalen und Eigenschaften offenbart.Furthermore, for example, an integrated electrostatic filter device for a biomass heating system with the features and properties mentioned herein is disclosed.
Weiter ist beispielsweise eine Mehrzahl von Kesselrohren für eine Biomasse-Heizanlage mit deren hierin genannten Merkmalen und Eigenschaften offenbart.Furthermore, for example, a plurality of boiler tubes for a biomass heating system with the features and properties mentioned herein are disclosed.
Weiter ist beispielsweise eine Glutbetthöhenmessmechanik für eine Biomasse-Heizanlage mit deren hierin genannten Merkmalen und Eigenschaften offenbart.Furthermore, for example, a ember bed height measuring mechanism for a biomass heating system with the features and properties mentioned herein is disclosed.
Weiter ist beispielsweise ebenso, als solche, eine Brennstoff-Niveauklappe für eine Biomasse-Heizanlage mit deren hierin genannten Merkmalen und Eigenschaften offenbart.Furthermore, for example, as such, a fuel level flap for a biomass heating system with the features and properties mentioned herein is also disclosed.
Die erfindungsgemäße Biomasse-Heizanlage wird nachfolgend in beispielhaften Ausführungsbeispielen und einzelnen Aspekten anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert:
- Fig. 1
- zeigt eine dreidimensionale Überblicksansicht einer Biomasse-Heizanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- Fig. 2
- zeigt eine Querschnittsansicht durch die Biomasse-Heizanlage der
Fig. 1 , welche entlang einer Schnittlinie SL1 vorgenommen wurde und welche aus der Seitenansicht S betrachtet dargestellt ist; - Fig. 3
- zeigt ebenso eine Querschnittsansicht durch die Biomasse-Heizanlage der
Fig. 1 mit einer Darstellung des Strömungsverlaufs, wobei die Querschnittsansicht entlang einer Schnittlinie SL1 vorgenommen wurde und aus der Seitenansicht S betrachtet dargestellt ist; - Fig. 4
- zeigt eine Teilansicht der
Fig. 2 , die eine Brennkammergeometrie des Kessels derFig. 2 undFig. 3 darstellt; - Fig. 5
- zeigt eine Schnittansicht durch den Kessel bzw. die Brennkammer des Kessels entlang der Vertikalschnittlinie A2 der
Fig. 4 ; - Fig. 6
- zeigt eine dreidimensionale Schnittansicht auf die Primärverbrennungszone der Brennkammer mit dem Drehrost der
Fig. 4 ; - Fig. 7
- zeigt entsprechend zur
Fig. 6 eine Explosionsdarstellung der Brennkammersteine; - Fig. 8
- zeigt eine Ausschnitt-Detailansicht der
Fig. 2 ; - Fig. 9
- zeigt eine Reinigungseinrichtung, mit der sowohl der Wärmetauscher als auch die Filtereinrichtung der
Fig. 2 automatisch gereinigt werden können; - Fig. 10
- zeigt eine Turbulatorhalterung in herausgestellter und vergrößerter Form;
- Fig. 11
- zeigt eine Abreinigungsmechanik in einem ersten Zustand, wobei sich sowohl die Turbulatorhalterungen der
Fig. 10 als auch eine Käfighalterung in einer unteren Position befinden; - Fig. 12
- zeigt die Abreinigungsmechanik in einem zweiten Zustand, wobei sich sowohl die Turbulatorhalterungen der
Fig. 10 als auch die Käfighalterung in einer oberen Position befinden; - Fig. 13
- zeigt eine Querschnittsansicht durch eine Biomasse-
Heizanlage 1 gemäß einer Abwandlung der Biomasse-Heizanlage derFig. 1 undFig. 2 , welche aus der Seitenansicht S betrachtet dargestellt ist; - Fig. 14
- zeigt eine Draufsicht auf
ein freigestelltes Schubglied 74 aus Richtung der Hinterseite der Biomasse-Heizanlage 1 derFig. 13 ; - Fig. 15
- zeigt eine Draufsicht auf
ein freigestelltes Schubglied 74 aus Richtung der Hinterseite der Biomasse-Heizanlage 1 derFig. 13 undFig. 14 zusammen mit weiteren Anlagenteilen der Biomasse-Heizanlage 1 derFig. 13 ; - Fig. 16
- zeigt eine Hinteransicht der Biomasse-
Heizanlage 1 derFig. 13 und das Schubglied 74 derFig. 14 undFig. 15 im Ausgangs- oder Ruhezustand der Reinigungseinrichtung 9; - Fig. 17
- zeigt eine Ansicht von schräg hinten auf die Biomasse-
Heizanlage 1 derFig. 13 im Ausgangs- oder Ruhezustand mit Einblick in die Biomasse-Heizanlage 1; - Fig. 18
- zeigt eine Hinteransicht der Biomasse-
Heizanlage 1 derFig. 13 und das Schubglied 74 derFig. 14 undFig. 15 imSchubzustand der Reinigungseinrichtung 9; - Fig. 19
- zeigt eine Ansicht von schräg hinten auf die Biomasse-
Heizanlage 1 derFig. 13 imSchubzustand der Reinigungseinrichtung 9 mit Einblick in die Biomasse-Heizanlage 1; - Fig. 20
- zeigt eine Hinteransicht der Biomasse-
Heizanlage 1 derFig. 13 und das Schubglied 74 derFig. 14 undFig. 15 imMaximalhubzustand der Reinigungseinrichtung 9; - Fig. 21
- zeigt eine Ansicht von schräg hinten auf die Biomasse-
Heizanlage 1 derFig. 13 imSchubzustand der Reinigungseinrichtung 9 mit Einblick in die Biomasse-Heizanlage 1; - Fig. 22
- zeigt eine Hinteransicht der Biomasse-
Heizanlage 1 derFig. 13 und das Schubglied 74 derFig. 14 undFig. 15 imFallzustand der Reinigungseinrichtung 9; - Fig. 23
- zeigt eine Ansicht von schräg hinten auf die Biomasse-
Heizanlage 1 derFig. 13 imFallzustand der Reinigungseinrichtung 9 mit Einblick in die Biomasse-Heizanlage 1; - Fig. 24
- zeigt eine alternative Ausführung des
Schubglieds 74.
- 1
- shows a three-dimensional overview of a biomass heating system according to an embodiment of the invention;
- 2
- shows a cross-sectional view through the
biomass heating system 1 , which was taken along a section line SL1 and which is shown viewed from the side view S; - 3
- also shows a cross-sectional view through the biomass heating system of FIG
1 with an illustration of the flow path, wherein the cross-sectional view was taken along a section line SL1 and is shown viewed from the side S; - 4
- shows a partial view of the
2 , which has a combustion chamber geometry of theboiler 2 and3 represents; - figure 5
- shows a sectional view through the boiler or the combustion chamber of the boiler along the vertical section line A2 of FIG
4 ; - 6
- shows a three-dimensional sectional view of the primary combustion zone of the combustion chamber with the
rotary grate 4 ; - 7
- shows according to
6 an exploded view of the combustion chamber bricks; - 8
- shows a detail view of the
2 ; - 9
- shows a cleaning device with which both the heat exchanger and the filter device of the
2 can be cleaned automatically; - 10
- shows a turbulator mount in exposed and enlarged form;
- 11
- shows a cleaning mechanism in a first state, with both the turbulator mounts of
10 and a cage mount are in a down position; - 12
- shows the cleaning mechanism in a second state, with both the turbulator mounts of
10 and the cage mount are in an up position; - 13
- shows a cross-sectional view through a
biomass heating system 1 according to a modification of the biomass heating system of FIG1 and2 , which is shown viewed from side view S; - 14
- FIG. 1 shows a top view of an exposed
thrust member 74 from the rear of thebiomass heating system 1 of FIG13 ; - 15
- FIG. 1 shows a top view of an exposed
thrust member 74 from the rear of thebiomass heating system 1 of FIG13 and14 together with other plant parts of thebiomass heating system 1 of13 ; - 16
- shows a rear view of the
biomass heating system 1 of13 and thethrust member 74 of14 and15 in the initial or idle state of thecleaning device 9; - 17
- shows an oblique view of the
biomass heating system 1 from behind13 in the initial or idle state with a view of thebiomass heating system 1; - 18
- shows a rear view of the
biomass heating system 1 of13 and thethrust member 74 of14 and15 in the pushing state of thecleaning device 9; - 19
- shows an oblique view of the
biomass heating system 1 from behind13 in the overrun condition of thecleaning device 9 with a view of thebiomass heating system 1; - 20
- shows a rear view of the
biomass heating system 1 of13 and thethrust member 74 of14 and15 in the maximum stroke state of thecleaning device 9; - 21
- shows an oblique view of the
biomass heating system 1 from behind13 in the overrun condition of thecleaning device 9 with a view of thebiomass heating system 1; - 22
- shows a rear view of the
biomass heating system 1 of13 and thethrust member 74 of14 and15 in the case state of thecleaning device 9; - 23
- shows an oblique view of the
biomass heating system 1 from behind13 in the case of thecleaning device 9 with a view of thebiomass heating system 1; - 24
- shows an alternative embodiment of the
thrust member 74.
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen lediglich beispielhaft offenbart. Ausführungsformen und darin verwendete Begriffe sollen jedoch nicht dazu dienen, die vorliegende Offenbarung auf bestimmte Ausführungsformen zu beschränken, und sie sollte so ausgelegt werden, dass sie verschiedene Änderungen, Äquivalente und/oder Alternativen gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beinhaltet.Various embodiments of the present disclosure are disclosed below with reference to the accompanying drawings, by way of example only. However, embodiments and terms used therein are not intended to limit the present disclosure to particular embodiments, and it should be construed to include various modifications, equivalents, and/or alternatives according to the embodiments of the present disclosure.
Sollten in der Beschreibung allgemeinere Begriffe für in den Figuren dargestellte Merkmale oder Elemente verwendet werden, so ist beabsichtigt, dass für den Fachmann nicht nur das spezielle Merkmal oder Element in den Figuren offenbart ist, sondern auch die allgemeinere technische Lehre.If more general terms are used in the description for features or elements shown in the figures, it is intended that not only the specific feature or element is disclosed in the figures for the person skilled in the art, but also the more general technical teaching.
In Bezug auf die Beschreibung der Figuren können die gleichen Bezugszeichen in den einzelnen Figuren verwendet werden, um auf ähnliche oder technisch entsprechende Elemente zu verweisen. Weiter können der Übersichtlichkeit halber in einzelnen Detail- oder Ausschnittsansichten mehr Elemente oder Merkmale mit Bezugszeichen dargestellt sein, als in den Überblicksansichten. Dabei ist davon auszugehen, dass diese Elemente oder Merkmale auch entsprechend in den Überblicksdarstellungen offenbart sind, auch wenn diese dort nicht explizit aufgeführt sind.With respect to the description of the figures, the same reference numbers can be used in the individual figures to refer to similar or technically corresponding elements. Furthermore, for the sake of clarity, more elements or features can be shown with reference symbols in individual detailed or sectional views than in the overview views. It can be assumed that these elements or features are also disclosed accordingly in the overview presentations, even if they are not explicitly listed there.
Es ist zu verstehen, dass eine Singularform eines Substantivs, das einem Gegenstand entspricht, eines oder mehrere der Dinge beinhalten kann, es sei denn, der betreffende Kontext weist eindeutig auf etwas anderes hin.It is to be understood that a singular form of a noun corresponding to an object may include one or more of the things, unless the context in question clearly indicates otherwise.
In der vorliegenden Offenbarung kann ein Ausdruck wie "A oder B", "mindestens einer von "A oder/und B" oder "einer oder mehrere von A oder/und B" alle möglichen Kombinationen von zusammen aufgeführten Merkmalen beinhalten. Ausdrücke wie "erster", "zweiter", "primär" oder "sekundär", die hierin verwendet werden, können verschiedene Elemente unabhängig von ihrer Reihenfolge und/oder Bedeutung darstellen und schränken entsprechende Elemente nicht ein. Wenn beschrieben wird, dass ein Element (z. B. ein erstes Element) "funktionsfähig" oder "kommunikativ" mit einem anderen Element (z. B. einem zweiten Element) gekoppelt oder verbunden ist, kann das Element direkt mit dem anderen Element verbunden werden oder mit dem anderen Element über ein anderes Element (z. B. ein drittes Element) verbunden werden.In the present disclosure, an expression such as "A or B", "at least one of "A or/and B" or "one or more of A or/and B" can include any possible combination of features listed together. Expressions such as "first ", "secondary", "primary" or "secondary" used herein represent and do not limit various elements regardless of their order and/or importance. When an element (e.g., a first element) is described as being "operably" or "communicatively" coupled or connected to another element (e.g., a second element), the element may be directly connected to the other element become or are connected to the other element via another element (e.g. a third element).
Ein in der vorliegenden Offenbarung verwendeter Ausdruck "konfiguriert zu" (oder "eingerichtet") kann beispielsweise durch "geeignet für", "geeignet zu", "angepasst zu", "gemacht zu", "fähig zu" oder "entworfen zu" ersetzt werden, je nach dem technisch Möglichen. Alternativ kann in einer bestimmten Situation ein Ausdruck "Vorrichtung konfiguriert zu" oder "eingerichtet zu" bedeuten, dass die Vorrichtung zusammen mit einer anderen Vorrichtung oder Komponente arbeiten kann, oder eine entsprechende Funktion ausführen kann.For example, a phrase "configured for" (or "configured for") as used in the present disclosure may be replaced with "suitable for," "suitable for," "adapted for," "made for," "capable of," or "designed for." depending on what is technically possible. Alternatively, in a particular situation, a phrase "device configured to" or "set up to" may mean that the device can operate in conjunction with another device or component, or perform a corresponding function.
Alle Größenangaben, welche in "mm" angegeben sind, sind als ein Größenbereich von +- 1 mm um den angegebenen Wert zu verstehen, sofern nicht eine andere Toleranz oder andere Bereiche explizit angegeben sind. Alle Maß- und Größenangaben sind lediglich beispielhaft.All sizes specified in "mm" are to be understood as a size range of +- 1 mm around the specified value, unless another tolerance or other ranges are explicitly stated. All dimensions and sizes are only examples.
Anzumerken ist, dass die vorliegenden Einzelaspekte, beispielsweise der Drehrost, die Brennkammer oder die Filtereinrichtung gesondert von bzw. getrennt von der Biomasse-Heizanlage hierin als Einzelteile oder Einzelvorrichtungen offenbart sind. Es ist dem Fachmann also klar, dass auch einzelne Aspekte oder Anlagenteile hierin auch für sich genommen offenbart sind. Vorliegend sind die einzelnen Aspekte oder Anlageteile insbesondere in den durch Klammern gekennzeichneten Unterkapiteln offenbart. Es ist vorgesehen, dass diese einzelnen Aspekte auch gesondert beansprucht werden können.It should be noted that the present individual aspects, for example the rotary grate, the combustion chamber or the filter device, are disclosed here separately from or separately from the biomass heating system as individual parts or individual devices. It is therefore clear to the person skilled in the art that individual aspects or parts of the system are also disclosed here on their own. In the present case, the individual aspects or parts of the system are disclosed in particular in the sub-chapters marked by brackets. It is envisaged that these individual aspects can also be claimed separately.
Weiter sind der Übersichtlichkeit halber in den Figuren nicht alle Merkmale und Elemente, insbesondere wenn sich diese wiederholen, einzeln bezeichnet. Es sind vielmehr die Elemente und Merkmale jeweils exemplarisch bezeichnet. Analoge oder gleiche Elemente sind dann als solche zu verstehen.Furthermore, for the sake of clarity, not all features and elements are individually identified in the figures, especially if they are repeated. There are Rather, the elements and features are each designated as an example. Analogous or identical elements are then to be understood as such.
Der Pfeil V bezeichnet in den Figuren die Vorderansicht der Anlage 1, und der Pfeil S bezeichnet in den Figuren die Seitenansicht der Anlage 1.The arrow V in the figures indicates the front view of the
Die Biomasse-Heizanlage 1 weist einen Kessel 11 auf, der auf einem Kesselfuß 12 gelagert ist. Der Kessel 11 weist ein Kesselgehäuse 13, beispielsweise aus Stahlblech, auf.The
Im vorderen Teil des Kessels 11 befindet sich eine Brenneinrichtung 2 (nicht dargestellt), die über eine erste Wartungsöffnung mit einem Verschluss 21 erreicht werden kann. Eine Drehmechanikhalterung 22 für einen Drehrost 25 (nicht dargestellt) lagert eine Drehmechanik 23, mit der Antriebskräfte auf Lagerachsen 81 des Drehrosts 25 übertragen werden können.In the front part of the
Im Mittelteil des Kessels 11 befindet sich ein Wärmetauscher 3 (nicht dargestellt), der von oben über eine zweite Wartungsöffnung mit einem Verschluss 31 erreicht werden kann.In the central part of the
Im Hinterteil des Kessels 11 befindet sich eine optionale Filtereinrichtung 4 (nicht dargestellt) mit einer Elektrode 44 (nicht dargestellt), die mit einer isolierenden Elektrodenhalterung 43 aufgehängt ist, und die über eine Elektrodenversorgungsleitung 42 unter Spannung gesetzt wird. Das Abgas der Biomasse-Heizanlage 1 wird über einen Abgasausgang 41 abgeführt, der der Filtereinrichtung 4 strömungstechnisch nachgelagert angeordnet ist. Hier kann ein Ventilator vorgesehen sein.In the rear of the
Hinter dem Kessel 11 ist eine Rezirkulationseinrichtung 5 vorgesehen, die einen Teil des Abgases über Rezirkulationskanäle 51, 53 und 54 und Klappen 52 zur Kühlung des Verbrennungsvorgangs und Wiederverwendung beim Verbrennungsvorgang rezirkuliert.A
Weiter weist die Biomasse-Heizanlage 1 eine Brennstoffzufuhr 6 auf, mit der der Brennstoff kontrolliert zu der Brenneinrichtung 2 in die Primärverbrennungszone 26 von der Seite auf den Drehrost 25 befördert wird. Die Brennstoffzufuhr 6 weist eine Zellradschleuse 61 mit einer Brennstoffzufuhröffnung 65 auf, wobei die Zellradschleuse 61 einen Antriebsmotor 66 mit einer Ansteuerelektronik aufweist. Eine von dem Antriebsmotor 66 angetriebene Achse 62 treibt eine Übersetzungsmechanik 63 an, die eine (nicht dargestellte) Brennstoff-Förderschnecke 67 antreiben kann, so dass der Brennstoff in einem Brennstoff-Zufuhrkanal 64 zu der Brenneinrichtung 2 gefördert wird.Furthermore, the
Im unteren Teil der Biomasse-Heizanlage 1 ist eine Ascheabfuhreinrichtung 7 vorgesehen, welche eine Ascheaustragungsschnecke 71 in einem Ascheaustragungskanal aufweist, die von einer Antriebseinheit 72 betrieben wird.In the lower part of the
Von links nach rechts sind in
Die Brenneinrichtung 2 weist eine Brennkammer 24 auf, in der im Kern der Verbrennungsprozess des Brennstoffes stattfindet. Die Brennkammer 24 weist einen mehrteiligen Drehrost 25 auf, auf dem das Brennstoffbett 28 aufliegt. Der mehrteilige Drehrost 25 ist mittels einer Mehrzahl von Lagerachsen 81 drehbar gelagert angeordnet.The
Weiter bezugnehmend auf
Dabei sind die Sekundärluftdüsen 291 derart ausgestaltet, dass diese die (durch die Brennkammersteine 29 vorgewärmte) Sekundärluft tangential in die Brennkammer 24 mit ihrem dortigen ovalen Querschnitt einführen. Damit entsteht eine wirbel- oder drallbehaftete Strömung S1, die grob spiral- oder helixförmig nach oben verläuft. In anderen Worten wird eine nach oben verlaufende und um eine Vertikalachse rotierende Spiralströmung ausgebildet.The
Die Brennkammersteine 29 bilden die Innenverkleidung der Primärverbrennungszone 26 aus, speichern Wärme und sind dem Feuer direkt ausgesetzt. Damit schützen die Brennkammersteine 29 auch das weitere Material der Brennkammer 24, beispielsweise Gusseisen, vor der direkten Flammeneinwirkung in der Brennkammer 24. Die Brennkammersteine 29 sind vorzugsweise an die Form des Rosts 25 angepasst. Die Brennkammersteine 29 weisen weiter Sekundärluft- bzw. Rezirkulationsdüsen 291 auf, die das Rauchgas in die Primärverbrennungszone 26 zur erneuten Teilnahme am Verbrennungsprozess und insbesondere zur bedarfsweisen Kühlung rezirkulieren. Die Sekundärluftdüsen 291 sind dabei nicht auf die Mitte der Primärverbrennungszone 26 ausgerichtet, sondern azentrisch ausgerichtet, um einen Drall der Strömung in der Primärverbrennungszone 26 zu bewirken (d. h., eine Drall- und Wirbelströmung). Die Brennkammersteine 29 werden später noch eingehender erläutert. Eine Isolation 311 ist am Kesselrohreintritt vorgesehen. Die ovale Querschnittsform der Primärverbrennungszone 26 (und der Düse) sowie die Länge und Lage der Sekundärluftdüsen 291 begünstigen die Ausbildung und den Erhalt einer Wirbelströmung vorzugsweise bis zur Decke der Brennkammer 24 vorteilhaft.The
Eine Sekundärverbrennungszone 27 schließt sich, entweder auf der Höhe der Brennkammerdüsen 291 (funktional bzw. verbrennungstechnisch betrachtet) oder auf Höhe der Brennkammerdüse 203 (rein strukturell bzw. baulich betrachtet) an die Primärverbrennungszone 26 der Brennkammer 26 an und definiert den Strahlungsteil der Brennkammer 26. In dem Strahlungsteil gibt das bei der Verbrennung entstandene Rauchgas seine Wärmeenergie hauptsächlich durch Wärmestrahlung insbesondere an das Wärmetauschmedium ab, welches sich in den beiden linken Kammern für das Wärmetauschmedium 38 befindet. Die entsprechenden Rauchgasströmungen sind in
Durch die Sekundärlufteindüsung hervorgerufen, bilden sich in der isolierten bzw. begrenzten Brennkammer 24 ausgeprägt Drall- bzw. Rotations- bzw. Wirbelströmungen aus. Dabei trägt insbesondere die ovale Brennkammergeometrie 24 dazu bei, dass sich die Wirbelströmung ungestört bzw. optimal entwickeln kann.Caused by the secondary air injection, pronounced twisting or rotating or turbulent flows are formed in the isolated or
Nach dem Austritt aus der Düse 203, die diese Wirbelströmungen nochmals bündelt, zeigen sich kerzenflammenförmige Rotationsströmungen S2, welche vorteilhaft bis zur Brennkammerdecke 204 reichen können, womit der verfügbare Raum der Brennkammer 24 besser ausgenutzt wird. Dabei sind die Wirbelströmungen auf die Brennkammermitte A2 konzentriert und nutzen das Volumen der Sekundärverbrennungszone 27 ideal aus. Weiter mindert die Einschnürung, die die Brennkammerdüse 203 für die Wirbelströmungen darstellt, die Rotationsströmungen, womit Turbulenzen zur Verbesserung der Durchmischung des Luft- Rauchgasgemischs erzeugt werden. Es findet also eine Quervermischung durch die Einschnürung bzw. Verengung durch die Brennkammerdüse 203 statt. Der Rotationsimpuls der Strömungen bleibt allerdings zumindest teilweise auch oberhalb der Brennkammerdüse 203 erhalten, was die Ausbreitung dieser Strömungen bis zur Brennkammerdecke 204 erhält.After exiting the
Die Sekundärluftdüsen 291 sind in den elliptischen bzw. ovalen Querschnitt der Brennkammer 24 somit derart integriert, dass sie aufgrund ihrer Länge und ihrer Ausrichtung Wirbelströmungen induzieren, die das Rauchgas-Sekundärluftgemisch in Rotation versetzen und dadurch (nochmals durch in Kombination mit der darüber positionierten Brennkammerdüse 203 verbessert) eine vollständige Verbrennung bei minimalem Luftüberschuss und somit maximalem Wirkungsgrad ermöglichen.The
Dabei ist die Sekundärluftzufuhr derart gestaltet ist, dass diese die heißen Brennkammersteine 29 durch Umströmung derselben kühlt und die Sekundärluft im Gegenzug selbst vorgewärmt wird, wodurch die Ausbrandgeschwindigkeit der Rauchgase beschleunigt wird und die Vollständigkeit des Ausbrandes auch bei extremer Teillast (z. B. 30% der Nennlast) sichergestellt wird.The secondary air supply is designed in such a way that it cools the hot
Die erste Wartungsöffnung 21 ist mit einem Dämmmaterial, beispielsweise Vermiculite™, isoliert. Die vorliegende Sekundärverbrennungszone 27 ist derart eingerichtet, dass ein Ausbrand des Rauchgases gewährleistet wird. Die spezielle geometrische Ausgestaltung der Sekundärverbrennungszone 27 wird später noch eingehender erläutert.The
Nach der Sekundärverbrennungszone 27 strömt das Rauchgas in die Wärmetauscheinrichtung 3, welche ein Bündel von parallel zueinander vorgesehenen Kesselrohren 32 aufweist. In den Kesselrohren 32 strömt das Rauchgas nun abwärts, wie in
In den Kesselrohren 32 sind Federturbulatoren 36 und Spiral- bzw. Bandturbulatoren 37 angeordnet, um den Wirkungsgrad der Wärmetauscheinrichtung 4 zu verbessern. Dies wird später noch eingehender erläutert werden.
Der Ausgang der Kesselrohre 32 mündet über den Wendekammereintritt 34 bzw. -einlass in die Wendekammer 35. Falls die Filtereinrichtung 4 nicht vorgesehen ist, wird das Rauchgas wieder im Kessel 11 nach oben abgeführt. Der andere Fall der optionalen Filtereinrichtung 4 ist in den
Elektrostatische Staubfilter, oder auch Elektroabscheider genannt, sind Einrichtungen zur Abscheidung von Partikeln aus Gasen, die auf dem elektrostatischen Prinzip beruhen. Diese Filtereinrichtungen werden insbesondere zur elektrischen Reinigung von Abgasen verwendet. Bei Elektrofiltern werden Staubteilchen durch eine Koronaentladung einer Sprühelektrode elektrisch aufgeladen und zur entgegengesetzt aufgeladenen Elektrode (Niederschlagselektrode) gezogen. Die Koronaentladung findet auf einer dafür geeigneten, geladenen Hochspannungselektrode (auch als Sprühelektrode bezeichnet) im Inneren des Elektrofilters statt. Die Elektrode ist bevorzugt mit herausragenden Spitzen und eventuell scharfen Kanten ausgeführt, weil dort die Dichte der Feldlinien und damit auch die elektrische Feldstärke am größten und somit die Koronaentladung begünstigt ist. Die gegengesetzte Elektrode (Niederschlagselektrode) besteht für gewöhnlich aus einem geerdeten Abgasrohrabschnitt, der um die Elektrode gelagert ist. Der Abscheidungsgrad eines Elektrofilters ist insbesondere von der Verweilzeit der Abgase im Filtersystem und der Spannung zwischen Sprüh- und Abscheidungselektrode abhängig. Die dafür notwendige gleichgerichtete Hochspannung wird von einer Hochspannungserzeugungseinrichtung (nicht dargestellt) bereitgestellt. Die Hochspannungserzeugungsanlage und die Halterung für die Elektrode sind vor Staub und Verschmutzung zu schützen, um ungewollte Kriechströme zu vermeiden und die Standzeit der Anlage 1 zu verlängern.Electrostatic dust filters, also known as electrostatic precipitators, are devices for separating particles from gases that are based on the electrostatic principle. These filter devices are used in particular for the electrical cleaning of exhaust gases. In the case of electrostatic precipitators, dust particles are electrically charged by a corona discharge of a spray electrode and drawn to the oppositely charged electrode (collecting electrode). The corona discharge takes place on a suitable, charged high-voltage electrode (also known as a discharge electrode) inside the electrostatic precipitator. The electrode is preferably designed with protruding tips and possibly sharp edges, because the density of the field lines and thus also the electric field strength is greatest there and the corona discharge is thus favored. The opposite electrode (precipitation electrode) usually consists of a grounded exhaust pipe section that is mounted around the electrode. The degree of separation of an electrostatic precipitator depends in particular on the dwell time of the exhaust gases in the filter system and the voltage between the spray and separation electrodes. The rectified high voltage required for this is provided by a high-voltage generating device (not shown). The high-voltage generation system and the holder for the electrode must be protected from dust and dirt in order to avoid unwanted leakage currents and to extend the service life of
Wie in
Die (Sprüh-) Elektrode 45 hängt schwingungsfähig nach unten in den Innenraum der Filtereinrichtung 4. Dabei kann die Elektrode 45 beispielsweise quer zur Längsachse der Elektrode 45 hin- und herschwingen.The (spray)
Ein Käfig 48 dient gleichzeitig als Gegenelektrode und als Abreinigungsmechanik für die Filtereinrichtung 4. Der Käfig 48 ist mit dem Masse- bzw. Erdpotential verbunden. Durch den herrschenden Potentialunterschied wird das in der Filtereinrichtung 4 strömende Abgas, vgl. die Pfeile S6, gefiltert wie vorstehend erläutert. Im Falle der Abreinigung der Filtereinrichtung 4 wird die Elektrode 45 stromlos geschaltet. Der Käfig 48 weist vorzugsweise ein achteckiges regelmäßiges Querschnittsprofil auf, so wie sich das beispielsweise der Ansicht der
Das Rauchgas strömt nach dem Austritt aus dem Wärmetauscher 3 durch die Wendekammer 34 in den Eintritt 44 der Filtereinrichtung 4.After leaving the
Dabei ist die (optionale) Filtereinrichtung 4 optional vollintegriert in den Kessel 11 vorgesehen, womit die dem Wärmetauscher 3 zugewandte und von dem Wärmetauschermedium durchspülte Wandfläche auch aus Richtung der Filtereinrichtung 4 zum Wärmetausch eingesetzt wird, womit die Effizienz der Anlage 1 nochmals verbessert wird. Damit kann zumindest ein Teil der Wand die Filtereinrichtung 4 mit dem Wärmetauschmedium durchspült sein, womit zumindest ein Teil dieser Wand mit Kesselwasser gekühlt wird.The (optional)
Am Filteraustritt 47 strömt das gereinigte Abgas aus der Filtereinrichtung 4 hinaus, wie durch die Pfeile S7 angegeben. Nach dem Filteraustritt wird ein Teil des Abgases über die Rezirkulationseinrichtung 5 wieder zu der Primärverbrennungszone 26 zurückgeführt. Auch dies wird später noch näher erläutert werden. Der verbleibende Teil des Abgases wird über den Abgasausgang 41 aus dem Kessel 11 hinausgeleitet.The cleaned exhaust gas flows out of the
Die Ascheabfuhreinrichtung 7 ist im unteren Teil des Kessels 11 angeordnet. Über eine Ascheaustragungsschnecke 71 wird die beispielsweise aus der Brennkammer 24, den Kesselrohren 32 und der Filtereinrichtung 4 abgeschiedene und herausfallende Asche seitlich aus dem Kessel 11 ausgefördert. Zum Antrieb der Ascheabfuhr 7 und einer Reinigungseinrichtung 9 (siehe später) ist die Antriebseinheit 72 vorgesehen, welche ein optionales Getriebe und einen Freilauf 73 aufweist. Ein später näher erläutertes Schubglied 74 dient mit einem Kurbelelement 77 als Übertragungselement zwischen Motor und weiteren Elementen der Reinigungseinrichtung 9 (vgl. auch
Die Brennkammer 24 und der Kessel 11 dieser Ausführungsform wurden mittels CFD-Simulationen berechnet. Weiter wurden Praxisexperimente durchgeführt, um die CFD-Simulationen zu bestätigen. Ausgangspunkt der Überlegungen waren Berechnungen für einen 100 kW Kessel, wobei jedoch ein Leistungsbereich von 20 bis 500 kW berücksichtigt wurde.The
Eine CFD-Simulation (CFD = Computational Fluid Dynamics = numerische Strömungsmechanik) ist die räumlich und zeitlich aufgelöste Simulation von Strömungs- und Wärmeleitprozessen. Dabei können die Strömungsprozesse laminar und/oder turbulent sein, von chemischen Reaktionen begleitet auftreten, oder es kann sich um ein mehrphasiges System handeln. CFD-Simulationen eignen sich somit gut als Design- und Optimierungswerkzeug. Bei der vorliegenden Erfindung wurden CFD-Simulationen eingesetzt, um die strömungstechnischen Parameter derart zu optimieren, dass die vorstehend aufgeführten Aufgaben der Erfindung gelöst werden. Insbesondere wurden im Ergebnis die mechanische Ausgestaltung und Dimensionierung des Kessels 11, der Brennkammer 24, der Sekundärluftdüsen 291 und der Brennkammerdüse 203 maßgeblich durch die CFD-Simulation und auch durch zugehörige praktische Experimente definiert. Die Simulationsergebnisse basieren auf einer Strömungssimulation mit Berücksichtigung der Wärmeübertragung.A CFD simulation (CFD = Computational Fluid Dynamics = numerical fluid mechanics) is the spatially and temporally resolved simulation of flow and heat conduction processes. The flow processes can be laminar and/or turbulent, accompanied by chemical reactions, or it can be a multi-phase system. CFD simulations are therefore well suited as a design and optimization tool. In the present invention, CFD simulations were used to optimize the fluidic parameters in such a way that the objects of the invention listed above are achieved. In particular, as a result, the mechanical design and dimensioning of the
Die vorstehend aufgeführten Bestandteile der Biomasse-Heizanlage 1 und des Kessels 11, die Ergebnisse der CFD-Simulationen sind, werden nachstehend eingehender beschrieben.The components of the
Die Gestaltung der Brennkammerform ist von Wichtigkeit, um die aufgabengemäßen Anforderungen einhalten zu können. Durch die Brennkammerform bzw. -geometrie sollen eine möglichst gute turbulente Durchmischung und Homogenisierung der Strömung über den Querschnitt des Rauchgaskanals, eine Minimierung des Feuerungsvolumens, sowie eine Reduktion des Luftüberschusses und des Rezirkulationsverhältnisses (Wirkungsgrad, Betriebskosten), eine Reduktion der CO- und CxHx- Emissionen, der NOx-Emissionen, der Staubemissionen, eine Reduktion von lokalen Temperaturspitzen (Fouling und Verschlackung) sowie eine Reduktion von lokalen Rauchgas-Geschwindigkeitsspitzen (Materialbeanspruchung und Erosion) erreicht werden.The design of the combustor shape is important in order to be able to meet the task requirements. The shape and geometry of the combustion chamber should ensure the best possible turbulent mixing and homogenization of the flow over the cross section of the flue gas duct, minimization of the combustion volume, as well as a reduction in the excess air and the recirculation ratio (efficiency, operating costs), a reduction in the CO and CxHx Emissions, NOx emissions, dust emissions, a reduction in local temperature peaks (fouling and slagging) and a reduction in local flue gas velocity peaks (material stress and erosion) can be achieved.
Die
Die in den
- BK1 = 172 mm +- 40 mm, vorzugsweise +- 17 mm;
- BK2 = 300 mm +- 50 mm, vorzugsweise +- 30 mm;
- BK3 = 430 mm +- 80 mm, vorzugsweise +- 40 mm;
- BK4 = 538 mm +- 80 mm, vorzugsweise +- 50 mm;
- BK5 = (BK3 - BK2) / 2 = bspw. 65 mm +- 30 mm, vorzugsweise +- 20 mm;
- BK6 = 307 mm +- 50 mm, vorzugsweise +- 20 mm;
- BK7 = 82 mm +- 20 mm, vorzugsweise +- 20 mm;
- BK8 = 379 mm +- 40 mm, vorzugsweise +- 20 mm;
- BK9 = 470 mm +- 50 mm, vorzugsweise +- 20 mm;
- BK10 = 232 mm +- 40 mm, vorzugsweise +- 20 mm;
- BK11 = 380 mm +- 60 mm, vorzugsweise +- 30 mm;
- BK12 = 460 mm +- 80 mm, vorzugsweise +- 30 mm.
- BK1 = 172 mm +- 40 mm, preferably +- 17 mm;
- BK2 = 300 mm +- 50 mm, preferably +- 30 mm;
- BK3 = 430 mm +- 80 mm, preferably +- 40 mm;
- BK4 = 538 mm +- 80 mm, preferably +- 50 mm;
- BK5 = (BK3 - BK2) / 2 = e.g. 65 mm +- 30 mm, preferably +- 20 mm;
- BK6 = 307 mm +- 50 mm, preferably +- 20 mm;
- BK7 = 82mm +- 20mm, preferably +- 20mm;
- BK8 = 379 mm +- 40 mm, preferably +- 20 mm;
- BK9 = 470mm +- 50mm, preferably +- 20mm;
- BK10 = 232 mm +- 40 mm, preferably +- 20 mm;
- BK11 = 380mm +- 60mm, preferably +- 30mm;
- BK12 = 460 mm +- 80 mm, preferably +- 30 mm.
Mit diesen Werten werden vorliegend sowohl die Geometrien der Primärverbrennungszone 26 als auch der Sekundärverbrennungszone 27 der Brennkammer 24 optimiert. Die angegebenen Größenbereiche sind Bereiche, mit denen die Anforderungen ebenso (annähernd) erfüllt werden, wie mit den angegebenen exakten Werten.In the present case, both the geometries of the
Dabei kann vorzugsweise eine Kammergeometrie der Primärverbrennungszone 26 und der Brennkammer 24 (bzw. ein Innenvolumen der Primärverbrennungszone 26 der Brennkammer 24) anhand der folgenden Grundparameter definiert werden:
Die vorstehenden Größenangaben können im Verhältnis dieser zueinander skaliert auch Anwendung auf Kessel anderer Leistungsklassen (bspw. 50 kW oder 200 kW) finden.The size information given above can also be applied to boilers in other output classes (e.g. 50 kW or 200 kW) scaled in relation to one another.
Als Fortbildung dessen kann das vorstehend definierte Volumen eine obere Öffnung in Form einer Brennkammerdüse 203 aufweisen, die in der Sekundärverbrennungszone 27 der Brennkammer 24 vorgesehen ist, welche eine in die Sekundärverbrennungszone 27 hineinragende Brennkammerschräge 202 aufweist, welche vorzugsweise das Wärmetauschmedium 38 beinhaltet. Die Brennkammerschräge 202 verringert den Querschnitt der Sekundärverbrennungszone 27. Dabei ist die Brennkammerschräge 202 um einen Winkel k von zumindest 5%, bevorzugt um einen Winkel k von zumindest 15% und noch mehr bevorzugt um zumindest einen Winkel k von 19% in Bezug auf eine fiktive horizontale bzw. gerade vorgesehene Brennkammerdecke H (vgl. die gestrichelte Horizontallinie H in
Zudem ist eine Brennkammerdecke 204 ebenfalls in Richtung des Eintritts 33 aufsteigend geneigt vorgesehen. Die Brennkammer 24 in der Sekundärverbrennungszone 27 weist somit die Brennkammerdecke 204 auf, die in Richtung des Eintritts 33 des Wärmetauschers 3 nach oben geneigt vorgesehen ist. Diese Brennkammerdecke 204 erstreckt sich im Schnitt der
Mit der Brennkammerdecke 204 ist eine weitere (Decken-)Schräge in der Brennkammer 24 vor dem Eintritt 33 vorgesehen, die zusammen mit der Brennkammerschräge 202 einen Trichter ausbildet. Dieser Trichter dreht die nach oben gerichtete Drall- bzw. Wirbelströmung zur Seite und lenkt diese Strömung in etwa in das Horizontale um. Aufgrund der schon turbulenten Aufwärtsströmung und der Trichterform vor dem Eintritt 33 wird sichergestellt, dass alle Wärmetauscherrohre 32 bzw. Kesselrohe 32 gleichmäßig beströmt werden, womit ein gleichverteilter Durchfluss des Rauchgases in allen Kesselrohren 32 sichergestellt ist. Dies optimiert den Wärmeübergang im Wärmetauscher 3 ganz erheblich.With the
Dabei kann insbesondere die Kombination der vertikalen und horizontalen Schrägen 203, 204 in der Sekundärverbrennungszone in Kombination als Einströmgeometrie in dem konvektiven Kessel eine gleichmäßige Verteilung des Rauchgases auf die konvektiven Kesselrohre erreichen.In particular, the combination of the vertical and horizontal inclines 203, 204 in the secondary combustion zone in combination as the inflow geometry in the convective boiler can achieve a uniform distribution of the flue gas over the convective boiler tubes.
Die Brennkammerschräge 202 dient der Homogenisierung der Strömung S3 in Richtung des Wärmetauschers 3 und damit der Beströmung der Kesselrohre 32. Somit wird eine möglichst gleichmäßige Verteilung des Rauchgases auf die einzelnen Kesselrohre bewirkt, um dort den Wärmeübergang zu optimieren.The
Im Detail dreht die Kombination der Schrägen mit dem Einströmquerschnitt des Kessels die Rauchgasströmung so, dass eine möglichst gleichmäßige Verteilung des Rauchgasdurchflusses bzw. der Durchflussmenge auf die jeweiligen Kesselrohre 32 erfolgt.In detail, the combination of the inclines with the inflow cross section of the boiler rotates the flue gas flow in such a way that the flue gas flow or the flow rate is distributed as evenly as possible over the
Im Stand der Technik gibt es häufig Brennkammern mit rechteckiger oder polygonaler Brennkammer und Düse, wobei jedoch die unregelmäßige Form der Brennkammer und der Düse sowie deren Zusammenspiel ein weiteres Hindernis für eine gleichmäßige Luftverteilung und eine gute Mischung von Luft und Brennstoff und somit einen guten Ausbrand darstellen, wie vorliegend erkannt wurde. Insbesondere mit einer eckigen Geometrie der Brennkammer entstehen Strömungsfäden bzw. Vorzugsströmungen, die nachteilhaft zu einer ungleichmäßigen Beströmung der Wärmetauscherrohre 32 führen.In the prior art, there are often combustion chambers with a rectangular or polygonal combustion chamber and nozzle, but the irregular shape of the combustion chamber and the nozzle and their interaction represent a further obstacle to an even air distribution and a good mixture of air and fuel and thus good burnout , as recognized herein. Especially with an angular geometry of the combustion chamber, flow threads or Preferential flows, which disadvantageously lead to an uneven flow of the
Deshalb ist vorliegend die Brennkammer 24 ohne Totecken oder Totkanten vorgesehen.Therefore, in the present case, the
Vorliegend wurde somit erkannt, dass die Geometrie der Brennkammer (und des gesamten Strömungsverlaufs im Kessel) eine maßgebliche Rolle bei den Überlegungen zur Optimierung der Biomasse-Heizanlage 1 spielt. Deshalb wurde (in Abkehr von den üblichen rechteckigen oder mehr-eckigen oder rein zylindrischen Formgebungen) die hierin beschriebene ovale oder runde Grundgeometrie ohne Totecken gewählt. Zudem wurde auch diese Grundgeometrie der Brennkammer und deren Aufbau mit den vorstehend angegebenen Maßen / Maßbereichen optimiert. Dabei sind diese Maße /Maßbereiche derart gewählt, dass insbesondere auch unterschiedliche Brennstoffe (Hackgut und Pellets) mit unterschiedlicher Qualität (beispielsweise mit unterschiedlichem Wassergehalt) bei sehr hohem Wirkungsgrad verbrannt werden können. Dies haben die Praxistests und CFD-Simulationen ergeben.It was thus recognized in the present case that the geometry of the combustion chamber (and the entire course of flow in the boiler) plays a decisive role in the considerations for optimizing the
Insbesondere kann die Primärverbrennungszone 26 der Brennkammer 24 ein Volumen umfassen, das bevorzugt im Außenumfang einen ovalen oder annähernd kreisförmigen Horizontalquerschnitt aufweist (ein solcher Querschnitt ist in
Vorstehend wird der Begriff "annähernd" verwendet, da selbstverständlich einzelne Kerben, konstruktiv bedingte Abweichungen oder kleine Asymmetrien vorhanden sein können, beispielsweise bei den Übergängen der einzelnen Brennkammersteine 29 zueinander. Diese geringfügigen Abweichungen spielen strömungstechnisch jedoch nur eine untergeordnete Rolle.The term "approximately" is used above because of course individual notches, design-related deviations or small asymmetries can be present, for example at the transitions of the individual
Der Horizontalquerschnitt der Brennkammer 24 und insbesondere der Primärverbrennungszone 26 der Brennkammer 24 können ebenso bevorzugt regelmäßig ausgeführt sein. Weiter kann der Horizontalquerschnitt der Brennkammer 24 und insbesondere der Primärverbrennungszone 26 der Brennkammer 24 bevorzugt eine regelmäßige (und/oder symmetrische) Ellipse sein.The horizontal cross section of the
Zudem kann der Horizontalquerschnitt (der Außenumfang) der Primärverbrennungszone 26 über eine vorgegebene Höhe, (beispielsweise 20 cm) gleichbleibend ausgestaltet sein.In addition, the horizontal cross section (the outer circumference) of the
Damit ist vorliegend eine oval-zylindrische Primärverbrennungszone 26 der Brennkammer 24 vorgesehen, die nach CFD-Berechnungen eine deutlich gleichmäßigere und bessere Luftverteilung in der Brennkammer 24 ermöglicht als bei rechteckigen Brennkammern des Stands der Technik. Die fehlenden Toträume vermeiden zudem Zonen in der Brennkammer mit schlechter Luftdurchströmung, was die Effizienz steigert und die Schlackebildung verringert.An oval-cylindrical
Ebenso ist die Düse 203 in der Brennkammer 24 als ovale oder annähernd kreisförmige Verengung ausgestaltet, um die Strömungsverhältnisse noch weiter zu optimieren. Der vorstehend erläuterte Drall der Strömung in der Primärverbrennungszone 26, welcher durch die erfindungsgemäßen speziell konzipierten Sekundärluftdüsen 291 bedingt ist, führt zu einem grob helixförmig oder spiralförmig nach oben gerichteten Strömungsverlauf, wobei eine ebenso ovale oder annähernd kreisförmige Düse diesen Strömungsverlauf begünstigt, und nicht wie übliche rechteckige Düsen stört. Diese optimierte Düse 203 bündelt das nach oben rotierend strömende Rauchgas-Luft-Gemisch und sorgt für eine bessere Durchmischung, einen Erhalt der Wirbelströmungen in der Sekundärverbrennungszone 27 und damit für eine vollständige Verbrennung. Dadurch wird auch der erforderliche Luftüberschuss minimiert. Dies verbessert den Verbrennungsvorgang und erhöht die Effizienz.Likewise, the
Damit dient insbesondere die Kombination der vorstehend erläuterten Sekundärluftdüsen 291 und der dadurch induzierten Wirbelströmungen mit der optimierten Düse 203 der Bündelung des nach oben rotierenden Rauchgas-/Luftgemischs. Dies sorgt für eine zumindest annähernd vollständige Verbrennung in der Sekundärverbrennungszone 27.The combination of the
Somit wird eine wirbel- bzw. drallbehaftete Strömung durch die Düse 203 gebündelt und nach oben gerichtet, womit sich diese Strömung weiter nach oben erstreckt als im Stand der Technik üblich. Dies hat, wie für den Fachmann aus den Gesetzen der Physik betreffend des Drehimpulses ersichtlich, seine Ursache in der durch die Düse 203 erzwungenen Verkleinerung des drallbehafteten Abstandes des Luftstromes zur Rotations- bzw. Drallmittenachse (vgl. analog die Physik des Pirouetteneffekts).Thus, a turbulent or swirling flow is bundled through the
Zudem wird vorliegend der Strömungsverlauf in der Sekundärverbrennungszone 27 und aus der Sekundärverbrennungszone 27 zu den Kesselrohren 32 optimiert, wie nachstehend näher erläutert.In addition, the course of the flow in the
Die Brennkammerschräge 202 der
Die Einströmung bzw. Umlenkung des Rauchgasstromes vor dem Rohrbündelwärmetauscher ist derart ausgestaltet, dass eine ungleichmäßige Anströmung der Rohre bestmöglich vermieden wird, womit Temperaturspitzen in einzelnen Kesselrohren 32 niedrig gehalten werden können und damit der Wärmeübergang im Wärmetauscher 4 verbessert werden kann (bestmögliche Nutzung der Wärmetauscherflächen). In der Folge ist die Effizienz der Wärmetauscheinrichtung 4 verbessert.The inflow or deflection of the flue gas flow in front of the tube bundle heat exchanger is designed in such a way that an uneven flow of the tubes is avoided as far as possible, whereby temperature peaks in
Im Detail wird der gasförmige Volumenstrom des Rauchgases durch die schräge Brennkammerwandung 203 mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit (auch im Falle unterschiedlicher Verbrennungszustände) zu den Wärmetauscherrohren bzw. den Kesselrohren 32 geführt. Durch die schräge Brennkammerdecke 204 wird dieser Effekt nochmals verstärkt, wobei ein Trichtereffekt bewirkt wird. Im Ergebnis entsteht eine gleichmäßige Wärmeverteilung der einzelnen Kesselrohre 32 betreffenden Wärmetauscherflächen und damit eine verbesserte Nutzung der Wärmetauscherflächen. Die Abgastemperatur wird somit gesenkt und der Wirkungsgrad erhöht. Dabei ist die Strömungsverteilung insbesondere an der in der
Weiter ist im unteren Teil der Brennkammer 25 am Brennstoffbett 28 eine Zündeinrichtung 201 vorgesehen. Diese kann eine Initialzündung oder eine erneute Zündung des Brennstoffes bewirken. Es kann die Zündeinrichtung 201 ein Glühzünder sein. Die Zündeinrichtung ist vorteilhaft ortsfest und horizontal seitlich versetzt zum Ort der Einführung des Brennstoffs angeordnet.Furthermore, an
Weiter kann (optional) nach dem Ausgang des Rauchgases (d. h., nach S7) aus der Filtereinrichtung eine Lamdasonde (nicht dargestellt) vorgesehen sein. Durch die Lambdasonde kann eine Steuerung (nicht dargestellt) den jeweiligen Heizwert erkennen. Die Lambdasonde kann somit für das ideale Mischverhältnis zwischen den Brennstoffen und der Sauerstoffzufuhr sorgen. Trotz unterschiedlicher Brennstoffqualitäten werden im Ergebnis eine hohe Effizienz und ein höherer Wirkungsgrad erreichbar.Furthermore, a lambda probe (not shown) can (optionally) be provided after the exit of the flue gas (ie, after S7) from the filter device. A controller (not shown) can use the lambda probe to detect the respective calorific value. The lambda probe can thus ensure the ideal mixing ratio between the fuels and the oxygen supply. Despite different fuel qualities, the result is high efficiency and higher efficiency.
Das in
Weiter ist in den
Mithin stellen die vorstehenden Angaben zur Brennkammergeometrie der Primärverbrennungszone 26 zusammen mit der Geometrie der Sekundärluftdüsen 291 und der Düse 203 eine vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Offenbarung dar.Consequently, the above information on the combustion chamber geometry of the
Die
Die Kammerwand der Primärverbrennungszone 26 der Brennkammer 24 ist mit einer Mehrzahl von Brennkammersteinen 29 in einem modularen Aufbau vorgesehen, was unter anderem die Fertigung und die Wartung erleichtert. Die Wartung wird insbesondere durch die Möglichkeit der Entnahme einzelner Brennkammersteine 29 erleichtert.The chamber wall of the
An den Auflageflächen 260 der Brennkammersteine 29 sind formschlüssige Nuten 261 und Vorsprünge 262 (in
Als oberer Abschluss sind drei weitere Brennkammersteine 29 vorgesehen, wobei die ringförmige Düse 203 durch zwei Halterungssteine 264 gelagert wird, die formschlüssig auf den oberen Ring 263 aufgesetzt werden. Bei allen Auflageflächen 260 sind Nuten 261 entweder für passende Vorsprünge 262 und/oder zur Einfügung von geeignetem Dichtmaterial vorgesehen.Three further
Die Halterungssteine 264, welche bevorzugt symmetrisch ausgebildet sind, können bevorzugt eine nach innen geneigte Schräge 265 aufweisen, um ein Abkehren von Flugasche auf den Drehrost 25 zu vereinfachen.The mounting
Der untere Ring 263 der Brennkammersteine 29 liegt auf einer Bodenplatte 251 des Drehrosts 25 auf. An der Innenkannte zwischen diesem unteren Ring 263 der Brennkammersteine 29 lagert sich vermehrt Asche ab, was somit diesen Übergang vorteilhaft im Betrieb der Biomasse-Heizanlage 1 selbstständig und vorteilhaft abdichtet.The
Im mittleren Ring der Brennkammersteine 29 sind die Öffnungen für die Rezirkulationsdüsen 291 bzw. Sekundärluftdüsen 291 vorgesehen. Dabei sind die Sekundärluftdüsen 291 zumindest annähernd auf der gleichen (horizontalen) Höhe der Brennkammer 24 in den Brennkammersteinen 29 vorgesehen.The openings for the
Vorliegend sind drei Ringe von Brennkammersteinen 29 vorgesehen, da dies den effizientesten Weg der Herstellung und auch der Wartung darstellt. Alternativ können auch 2, 4 oder 5 solcher Ringe vorgesehen sein.Three rings of
Die Brennkammersteine 29 bestehen vorzugsweise aus Hochtemperatur-Siliziumkarbid, wodurch diese sehr verschleißfest sind.The
Die Brennkammersteine 29 sind als Formsteine vorgesehen. Die Brennkammersteine 29 sind derart geformt, dass das Innenvolumen der Primärverbrennungszone 26 der Brennkammer 24 einen ovalen Horizontalquerschnitt aufweist, womit durch eine ergonomische Formgebung Totecken bzw. Toträume vermieden werden, die üblicherweise vom Rauchgas- Luftgemisch nicht optimal durchströmt werden, wodurch der dort vorhandene Brennstoff nicht optimal verbrannt wird. Aufgrund der vorliegenden Formgebung der Brennkammersteine 29 wird die Durchströmung des Rosts 25 mit Primärluft, die auch zur Verteilung des Brennstoffs über dem Rost 25 passt, und die Möglichkeit von unbehinderten Wirbelströmungen verbessert; und folglich wird die Effizienz der Verbrennung verbessert.The
Der ovale Horizontalquerschnitt der Primärverbrennungszone 26 der Brennkammer 24 ist bevorzugt ein punktsymmetrisches und/oder regelmäßiges Oval mit dem kleinsten Innendurchmesser BK3 und dem größten Innendurchmesser BK11. Diese Maße waren das Ergebnis der Optimierung der Primärverbrennungszone 26 der Brennkammer 24 mittels CFD-Simulation und von praktischen Versuchen.The oval horizontal cross section of the
Zur Optimierung des Wärmetauschers 3 wurden, in Synergie mit den vorstehend beschriebenen Überlegungen, wiederum CFD-Simulationen und Praxistests durchgeführt. Dabei wurde auch überprüft, inwieweit ein Federturbulator oder ein Bandturbulator oder eine Kombination aus beidem die Effizienz des Wärmetauschvorganges verbessern können, ohne jedoch den Druckverlust in dem Wärmetauscher 3 zu groß werden zu lassen. Turbulatoren verstärken die Turbulenzbildung in den Kesselrohren 32, womit die Strömungsgeschwindigkeit gesenkt, die Verweildauer des Rauchgases im Kesselrohr 32 erhöht und damit die Effizienz des Wärmeaustauschs erhöht wird. Im Detail wird die Grenzschicht der Strömung an der Rohrwandung aufgebrochen, wodurch der Wärmeübergang verbessert wird. Allerdings wird der Druckverlust auch umso größer, je turbulenter die Strömung ist.In order to optimize the
Vorliegend wurde zudem für alle mit Rauchgas in Berührung stehenden Flächen eine leichte Verschmutzung (sogenanntes Fouling mit einer Dicke von 1 mm) berücksichtigt. Die Emissivität einer derartigen Fouling-Schicht wurde mit 0,6 angesetzt.In the present case, slight soiling (so-called fouling with a thickness of 1 mm) was also taken into account for all surfaces in contact with flue gas. The emissivity of such a fouling layer was set at 0.6.
Das Ergebnis dieser Optimierung ist in
Der Wärmetauscher 3 weist ein vertikal angeordnetes Bündel an Kesselrohren 32 auf, wobei bevorzugt in jedem Kesselrohr 32 jeweils sowohl ein Feder- als auch ein Band- oder Spiralturbulator vorgesehen ist. Der jeweilige Federturbulator 36 erstreckt sich bevorzugt über die gesamte Länge des jeweiligen Kesselrohrs 32 und ist federförmig ausgestaltet. Der jeweilige Bandturbulator 37 erstreckt sich bevorzugt über etwa die halbe Länge des jeweiligen Kesselrohrs 32 und weist ein sich spiralförmig in Achsrichtung des Kesselrohrs 32 erstreckendes Band mit einer Materialstärke von 1,5 mm bis 3 mm auf. Weiter kann der jeweilige Bandturbulator 37 auch etwa 35 % bis 65 % der Länge des jeweiligen Kesselrohrs 32 lang sein. Der jeweilige Bandturbulator 37 ist bevorzugt mit einem Ende am stromabwärtigen Ende des jeweiligen Kesselrohrs 32 angeordnet. Die Kombination aus Feder- und Band- bzw. Spiralturbulator kann auch als Doppelturbulator bezeichnet werden. In
Bandturbulatoren 37 sind vorgesehen, da der Bandturbulator 37 die Turbulenzwirkung im Kesselrohr 32 erhöht und ein über den Rohrquerschnitt betrachtet homogeneres Temperatur- und Geschwindigkeitsprofil hervorruft, währenddessen das Rohr ohne einen Bandturbulator bevorzugt eine heiße Strähne mit höheren Geschwindigkeiten im Rohrzentrum ausbildet, die sich bis zum Austritt des Kesselrohrs 32 fortsetzt, was sich negativ auf die Effizienz der Wärmeübertragung auswirken würde. Damit verbessern die Bandturbulatoren 37 im unteren Bereich der Kesselrohre 32 die konvektive Wärmeübertragung.Band turbulators 37 are provided because the
Als Optimum bevorzugt können beispielhaft 22 Kesselrohre mit einem Durchmesser von 76,1 mm und 3,6 mm Wandstärke verwendet werden.As an optimum example, 22 boiler tubes with a diameter of 76.1 mm and a wall thickness of 3.6 mm can be used.
Der Druckverlust kann in diesem Fall weniger als 25 Pa betragen. Der Federturbulator 36 weist in diesem Fall idealerweise einen Außendurchmesser von 65 mm, eine Steigung von 50 mm, und ein Profil von 10 × 3 mm auf. Der Bandturbulator 37 kann in diesem Fall einen Außendurchmesser von 43 mm, eine Steigung von 150 mm und ein Profil von 43 × 2 mm aufweisen. Eine Blechstärke des Bandturbulators kann 2 mm betragen.In this case, the pressure drop can be less than 25 Pa. In this case, the
Eine gute Effizienz wird mittels 18 bis 24 Kesselrohren und einen Durchmesser von 70 bis 85 mm bei einer Wandstärke von 3 bis 4,5 mm erreicht. Dabei können entsprechend angepasste Feder- und Bandturbulatoren zum Einsatz kommen.Good efficiency is achieved with 18 to 24 boiler tubes and a diameter of 70 to 85 mm with a wall thickness of 3 to 4.5 mm. Correspondingly adapted spring and band turbulators can be used.
Allerdings können zur Erreichung einer ausreichenden Effizienz zwischen 14 und 28 Kesselrohre 32 mit einem Durchmesser zwischen 60 und 80 mm mit einer Wandstärke von 2 bis 5 mm verwendet werden. Der Druckverlust kann in diesen Fällen zwischen 20 und 40 Pa betragen, und ist mithin als positiv zu bewerten. Der Außendurchmesser, die Steigung und das Profil der Feder- und Bandturbulatoren 36, 37 ist entsprechend angepasst vorgesehen.However, in order to achieve sufficient efficiency, between 14 and 28
Die gewünschte Zieltemperatur am Austritt der Kesselrohre 32 kann bei Nennleistung bevorzugt zwischen 100 und 160 Grad Celsius liegen.The desired target temperature at the outlet of the
Die Reinigungseinrichtung 9 weist Hebel 921, auf, die Kräfte auf zwei Reinigungswellen 92 übertragen können, wobei die Reinigungswellen 92 wiederum in einer Wellenhalterung 93 gelagert sind. Die Reinigungswellen 92 können bevorzugt auch noch an weiterer Stelle, beispielsweise an den entfernten Enden, ebenso drehbar gelagert sein. Die Reinigungswellen 92 weisen Fortsätze 94 auf, mit denen über Gelenke oder über Drehlager der Käfig 48 der Filtereinrichtung 4 und die Turbulatorhalterungen 95 verbunden und gelagert sind. In
Die Hebel 921 weisen an deren distalem (von der Reinigungswelle 92 entfernten) Ende Hebelzapfen 922 auf, welche in Richtung der Achse der Reinigungswelle 92 hervorspringen. Diese Hebelzapfen greifen in später erläuterte Schlitze oder Langlöcher 743, auch Hebelzapfenloch 743 bezeichnet, ein.The
Die Turbulatorhalterung 95 ist in
Die Fortsätze 94 der Reinigungswelle 92 erstrecken sich radial von der Reinigungswelle 92 weg, so dass diese bei Drehung der Reinigungswelle die Turbulatorhalterung 95 (und den Reinigungskäfig 94) anheben oder absenken.The
Insofern sind an der Reinigungswelle 92 die Fortsätze derart vorgesehen, dass die Drehung der Reinigungswelle 92 in einen zumindest anteiligen vertikalen Hub umgesetzt wird und umgekehrt.In this respect, the extensions are provided on the cleaning
Dabei wirkt das Eigengewicht der Turbulatoren 36, 37, des (optionalen) Käfigs 48 und auch der zugehörigen Teile, wie beispielsweise die Turbulatorenhalterung 95, über die Fortsätze 92 auf die Reinigungswelle 92 derart, dass diese die Reinigungswelle 92 in eine vorgegebene Drehrichtung der Reinigungswelle 92 drücken bzw. die Gewichtskraft dieser Elemente wird in ein Drehmoment an der Reinigungswelle 92 umgesetzt.The dead weight of the
Das Eigengewicht der auf die Reinigungswelle 92 wirkenden Teile bzw. Elemente kann mehr als 10 Kilogramm, bevorzugt mehr als 30 Kilogramm, betragen, um ein starkes Drehmoment an der Mittenachse der Reinigungswelle 92 zu erzeugen.The weight of the parts or elements acting on the cleaning
Zusammengefasst dient die Reinigungswelle 92 bzw. dienen die Reinigungswellen 92 als Übertragungsglied/er zwischen den Reinigungselementen, beispielsweise den Turbulatoren 36, 37, und einem Schubglied 74, welches später in Bezug auf die
Vertikal hervorstehende Fortsätze 952 weisen des Weiteren eine Mehrzahl von Ausnehmungen 954 auf, in und mit denen die Doppelturbulatoren 36, 37 befestigt werden können. Die Ausnehmungen 954 können einen Abstand zueinander aufweisen, der dem Gangabstand der Doppelturbulatoren 36, 37 entspricht. In der Turbulatorhalterung 95 können zudem bevorzugt Durchlässe 953 für das Rauchgas angeordnet sein, um die Strömung aus den Kesselrohren 32 in die Filtereinrichtung 4 zu optimieren. Andernfalls würde das Flachmetall quer zur Strömung stehen und diese zu stark behindern.Vertically protruding
Zudem dreht sich bei der Montage des jeweiligen Federturbulators 36 inkl. des Spiralturbulators (Doppelturbulator) die Spirale durch ihr Eigengewicht automatisch in die Aufnahme der Turbulatorhalterung 95 (die auch als Aufnahmestange bezeichnet werden kann) und ist somit fixiert und gesichert. Dies erleichtert die Montage deutlich.In addition, when the
Die
Beim Übergang vom ersten Zustand in den zweiten Zustand (und umgekehrt) wird durch Drehung der Reinigungswellen 92 mittels der Reinigungsantriebe 91 sowohl die Turbulatorhalterung 95 als auch die Käfighalterung 481 über die Fortsätze 952 (und ein Drehlagergestänge 955) vertikal angehoben. Damit können die Doppelturbulatoren 36, 37 in den Kesselrohren 32 und auch der Käfig 48 in dem Kamin der Filtereinrichtung 4 nach oben und nach unten bewegt werden und können die jeweiligen Wände entsprechend von Flugasche oder Ähnlichem abreinigen.During the transition from the first state to the second state (and vice versa), rotation of the
Es kann zudem der Schlaghebel 96 mit dem Anschlagkopf 97 bspw. beim Übergang vom ersten Zustand in den zweiten Zustand an das Ende der (Sprüh-) Elektrode 45 anschlagen. Dieses Anschlagen am freien (d.h. nicht aufgehängten) Ende der(Sprüh-) Elektrode 45 hat den Vorteil gegenüber herkömmlichen Rüttelmechaniken (bei diesen wird die Elektrode an deren Aufhängung bewegt), dass die (Sprüh-) Elektrode 45 entsprechend ihrer Schwingungscharakteristika nach der Anregung durch das Anschlagen selbst (im Idealfall frei) schwingen kann. Dabei bestimmt die Art des Anschlags die Schwingungen bzw. Schwingungsmodi der (Sprüh-) Elektrode 45. Es kann die (Sprüh-) Elektrode 45 von unten (d.h. aus deren Längsachsenrichtung bzw. aus deren Longitudinalrichtung) für die Erregung einer Stoßwelle oder einer Longitudinalschwingung angeschlagen werden. Es kann die (Sprüh-) Elektrode 45 aber auch seitlich (in den
Insofern kann es in der elastischen Federelektrode 45 zu einem Stoß bzw. einer Stoßwelle in Längsrichtung der bevorzugt als länglicher plattenförmiger Stab ausgeführten Elektrode 45 kommen. Ebenso kann es zu einer Transversalschwingung der (Sprüh-) Elektrode 45 aufgrund der wirkenden Querkräfte (die quer bzw. rechtwinklig zur Längsachsenrichtung der Elektrode 45 ausgerichtet sind) kommen.In this respect, an impact or a shock wave can occur in the
Ebenso kann man mehrere Schwingungsarten gleichzeitig erzeugen. Insbesondere eine Stoßwelle und/oder Longitudinalwelle kombiniert mit einer Transversalschwingung der Elektrode 45 kann nochmals zu einer verbesserten Abreinigung der Elektrode 45 führen.It is also possible to generate several types of vibration at the same time. In particular, a shock wave and/or longitudinal wave combined with a transverse vibration of the
Im Ergebnis ist eine vollautomatische Abreinigung während der Entaschung in eine gemeinsame Aschebox an der Vorderseite der Heizanlage (nicht dargestellt) über die Austragungsschnecke 71 realisierbar. Ebenso kann die Federstahlelektrode 48 verschleißfrei und geräuscharm abgereinigt werden.As a result, a fully automatic cleaning during the ash removal in a common ash box at the front of the heating system (not shown) can be realized via the
Weiter ist die Reinigungseinrichtung 9 auf die beschriebene Weise einfach und kostengünstig zu fertigen und weist einen einfachen und verschleißarmen Aufbau auf.Furthermore, the
Weiter ist die Reinigungseinrichtung 9 mit der Antriebsmechanik derart eingerichtet, dass Ascherückstände vorteilhaft schon ab dem ersten Zug der Kesselrohre 32 durch die Turbulatoren abgereinigt werden können und nach unten abfallen können.Furthermore, the
Zudem ist die Reinigungseinrichtung 9 im unteren, sogenannten "kalten Bereich" des Kessels 11 verbaut, was den Verschleiß ebenso verringert, da die Mechanik keinen sehr hohen Temperaturen ausgesetzt ist (d.h. die thermische Belastung ist verringert). Im Gegensatz dazu wird im Stand der Technik die Reinigungsmechanik im oberen Bereich der Anlage verbaut, was den Verschleiß entsprechend nachteilig erhöht.In addition, the
Durch eine regelmäßige automatisierte Abreinigung wird zudem der Wirkungsgrad der Anlage 1 verbessert, da die Oberflächen des Wärmetauschers 3 sauberer sind. Ebenso kann die Filtereinrichtung 4 effizienter arbeiten, da auch deren Oberflächen sauberer sind. Dies ist auch deshalb wichtig, da die Elektroden der Filtereinrichtung 4 schneller verschmutzen als der konvektive Teil des Kessels 11.In addition, regular automated cleaning improves the efficiency of the
Dabei ist eine Abreinigung der Elektroden der Filtereinrichtung 4 vorteilhaft auch im Betrieb bzw. während des Betriebs des Kessels 11 möglich.In this way, cleaning of the electrodes of the
Die Abwandlung der
Gleiche Bezugszeichen oder übereinstimmend dargestellte Komponenten der
Die Biomasse-Heizanlage 1 der
Der Pfeil S gibt die Seitenansicht auf die Biomasse-Heizanlage 1 an, und der Pfeil V gibt die Vorderansicht auf die Biomasse-Heizanlage 1 an.The arrow S indicates the side view of the
Die Biomasse-Heizanlage 1 der
Dabei werden durch die Bewegung der Turbulatoren 36, 37 Verbrennungsrückstände aus den Kesselrohren 32 entfernt, mechanisch von den Wänden der Kesselrohre 32 gelöst, beispielsweise abgekratzt oder durch Stoß gelöst (Näheres hierzu später). Die Verbrennungsrückstände fallen dabei nach unten in den Förderbereich der Ascheaustragungsschnecke 71, werden dort gesammelt, und werden in der
Weiter ist optional eine Filtereinrichtung 4 vorgesehen, welche eine (Sprüh-) Elektrode 45 und einen (Reinigungs-) Käfig 48 als Gegenelektrode aufweist. Der Käfig 48 ist dabei derart angeordnet, dass dieser bei dessen Auf- und Abbewegung die Wand der Filtereinrichtung mechanisch löst, beispielsweise abkratzt oder durch Stoß herauslöst (Näheres hierzu später). Auch hier fallen die Verbrennungsrückstände nach unten durch den Filtereintritt 44 in den Förderbereich der Ascheaustragungsschnecke 71, werden dort gesammelt, und werden in der
Zur Umsetzung der vorstehend beschriebenen Funktionalität ist eine verbesserte Reinigungseinrichtung 4 vorgesehen, die durch eine, vorzugsweise einzige, Antriebseinheit 72 angetrieben wird. Beispielsweise, aber nicht ausschließlich, kann die Antriebseinheit ein Elektromotor 72 sein.To implement the functionality described above, an
Der Elektromotor 72 ist als einziger Antrieb für alle Komponenten der Reinigungseinrichtung 9 incl. der Ascheabfuhr 7 vorgesehen, womit das vorliegende Gesamtkonzept konstruktiv vorteilhaft (platzsparend, günstig, robust) ist. Der Elektromotor 72 kann weiterhin beispielsweise ein Elektromotor mit einem Getriebe sein, der mehr als drei Umdrehungen pro Minute bei mehr als 50 Nm Drehmoment , vorzugsweise mehr als vier Umdrehungen pro Minute bei maximal 100 Nm Drehmoment, vorsehen kann.The
Der Elektromotor 72 kann weiter einen (internen oder externen) Freilauf 73 aufweisen. Insbesondere kann das Getriebe des Elektromotors mit dem Freilauf 73 integriert vorgesehen sein.The
Vorzugsweise kann ein (später erläutertes) Kurbelelement 77 über eine Achse durch den Freilauf 73, beispielsweise einen Kugellagerfreilauf, gelagert sein. Die Achse kann dabei vorzugsweise der Achse der Ascheaustragungsschnecke 71 entsprechen, womit das Kurbelelement 77 und die Ascheaustragungsschnecke 71 über den Freilauf gemeinsam angetrieben werden. In
Der Freilauf kann dabei vorteilhaft zusätzlich für eine Rückwärtsfahrt der Ascheaustragungsschnecke 71 verwendet werden, welche beispielsweise bei in der Ascheaustragungsschnecke 71 klemmenden Festkörpern zur Entfernung der Festkörper erforderlich wird.The freewheel can advantageously also be used for reverse travel of the
In
Der Elektromotor 72 und weitere bewegliche Elemente der Reinigungseinrichtung 9 können durch unbewegliche Elemente des Kessels 11, welche zusammengefasst als Gestell 76 bezeichnet werden, fixiert oder gelagert sein.The
Zur Erfassung der Bewegung oder der Position des Schubglieds 74 ist ein Sensor 75 vorgesehen.A
Die
Zunächst wird aus Gründen der Übersichtlichkeit das Schubglied 74 als Einzelteil erläutert (vgl.
Das Schubglied 74 kann (in etwa) plattenförmig vorgesehen sein, womit in
Das Schubglied 74 weist eine besondere Formgebung auf, wie nachstehend erläutert. Das Schubglied 74 weist zwei Führungslöcher 742 auf, welche als Langloch oder Schlitz vorgesehen sind. Alternativ kann das Schubglied (nicht dargestellt) jedoch auch nur eines oder mehr als zwei Führungslöcher aufweisen. Die Längsrichtung bzw. die Längenrichtung der Führungslöcher 742 kann in Bezug auf einen Einbau des Schubglieds 74 im Kessel 11 horizontal vorgesehen sein. Ebenso kann die Längenrichtung der Führungslöcher 742 in der Seitenrichtung des Kessels 11 vorgesehen sein.The pushing
Die Führungslöcher 742 dienen der beweglichen Lagerung des Schubgliedes 74, was später in Bezug auf
Weiter weist das Schubglied 74, vorzugsweise in Bezug auf die Breitenerstreckung des Schubglieds 74 in etwa oder genau mittig, eine Öffnung 741 zur Aufnahme eines kraftausübenden Elements (wird später in Bezug auf
Zudem weist das Schubglied 74 zwei Zapfenlöcher 743, vorzugsweise Hebelzapfenlöcher 743 auf. Alternativ kann das Schubglied 74 (nicht dargestellt) auch nur ein oder mehr als zwei Zapfenlöcher aufweisen. Dabei kann die Längenrichtung der Zapfenlöcher 743 in Bezug auf den Kessel 11 in vertikal vorgesehen sein.In addition, the
Ein "Loch" des Schubglieds kann hierbei ein vollständig von Material umschlossenes Loch sein, oder beispielsweise ein Schlitz sein, welcher an einem Ende offen vorgesehen ist.A "hole" of the thrust member can be a hole completely surrounded by material, or for example a slot which is open at one end.
Weiter weist das Schubglied 74 einen später näher erläuterten Anschlag 744 auf.The
Anzumerken ist, dass die Längenrichtung(en) der Führungslöcher 742 vorzugsweise senkrecht zu den Längenrichtungen der Zapfenlöcher 753 vorgesehen ist.It should be noted that the length direction(s) of the guide holes 742 is preferably perpendicular to the length directions of the pin holes 753 .
Dieses Schubglied 74 dient als Teil eines (impulserzeugenden) Getriebes der Biomasse-Heizanlage, mit dem vorteilhaft Bewegungsgrößen der einzelnen Teile der Reinigungseinrichtung 9 verändert oder angepasst werden.This
Insbesondere wird die Drehbewegung der Antriebseinheit 72 mit dem Schubglied 74 in ruckartige bzw. beschleunigte Bewegungen von Reinigungselementen der Biomasse-Heizanlage 1, beispielsweise des Käfigs 48, der Turbulatoren 36, 37 und/oder des Schlaghebels 96 umgesetzt.In particular, the rotational movement of the
Dies wird nachstehend mit Bezug auf die
In
In
In anderen Worten kann das Schubglied in einer geradlinigen translatorischen Bewegung bewegt werden.In other words, the thrust member can be moved in a linear translational movement.
Die mögliche Länge der Bewegung des Schubglieds 74 wird durch die Doppelpfeile FL angegeben, wobei sich diese Länge aus der Länge der Führungslöcher 742 ergibt.The possible length of the movement of the
Erzeugt wird die Bewegung zumindest größeren Teils in Schubrichtung durch die Antriebseinheit 72 (nicht dargestellt), beispielsweise einen Elektromotor, welcher über einen Freilauf 73 (nicht dargestellt) und ein Kurbelelement 77 antreibt. Das Kurbelelement 77 kann dabei beispielsweise als Kurbelscheibe mit einem (beispielsweise stabförmigen) Kurbelfortsatz 771 vorgesehen sein, oder alternativ als Kurbelhebel mit Kurbelfortsatz 771. Das Kurbelelement 77 dreht sich bzw. kurbelt um die Drehachse 773 des Kurbelelements 77.The movement is generated at least to a large extent in the thrust direction by the drive unit 72 (not shown), for example an electric motor, which drives a freewheel 73 (not shown) and a
Die Mittenachse des Kurbelfortsatzes 771 ist in
Auf dem Kurbelfortsatz 771 kann optional zur Verringerung des Verschleißes und für einen besseren Lauf der Mechanik eine Laufrolle 772 vorgesehen sein, wobei die Laufrolle 772 in
Der Kurbelfortsatz 771 und die optionale Laufrolle 772 ragen durch die Öffnung 741 des Schubglieds 74 hindurch. In anderen Worten bewegt sich der Kurbelfortsatz 771 in der Öffnung 741 des Schubglieds 74. Dabei kann der Kurbelfortsatz 771 oder die Laufrolle 772 an die Ränder der Öffnung 741 anliegen. In vorliegend dargestelltem Fall liegt die Laufrolle 772 mit deren Außenseite an den Innenrändern der Öffnung 741 an.The
Der effektive Radius der Kurbelbewegung des Kurbelelements 77 ist mit dem von der Drehachse 773 ausgehenden Pfeil RH und der zugehörigen gestrichelten Linie angegeben (d.h., dies ist der Außenradius der Laufrolle bei einer kreisförmigen Bewegung des Kurbelelements 77 mit der Laufrolle 772), womit der Durchmesser der Auslenkung durch das Kurbelelement 77 zweimal der Radius RH ist.The effective radius of crank movement of the
Die Drehrichtung des Kurbelelements 77 ist in
Die Länge FL kann größer als oder gleich der Radius RH mal zwei sein. Die besondere Geometrie der Öffnung 741 (u.A.) kann zu dem Impulseffekt der vorliegenden Abreinigungseinrichtung führen.The length FL can be greater than or equal to the radius RH times two. The special geometry of the opening 741 (among others) can lead to the impulse effect of the present cleaning device.
In
Die Öffnung 741 weist eine Breite SB auf, die gleich oder größer als die Breite der Laufrolle 772 oder gleich oder größer als die Breite des Kurbelfortsatzes 771 (ohne Laufrolle) ist.The
In
Die Länge LB (Schubgliedöffnungslänge) der Öffnung 741 kann weiterhin gleich oder größer als zweimal der Radius RH sein. In
Damit sind das Kurbelelement 77 und die Öffnung 741 derart vorgesehen, dass sich der Kurbelfortsatz 771 und die Laufrolle 772 in der Öffnung 741 zur Schuberzeugung entsprechend bewegen können. Der Bewegungsverlauf ist in Bezug auf die noch nachstehenden Figuren näher beschrieben, worauf verwiesen wird.Thus, the
Weiter ist ein Dämpfungselement 78, beispielsweise eine Spiralfeder oder auch ein Gummielement, vorgesehen. Das Dämpfungselement 78 ist mit einer Dämpfungselementfixierung 781 am Kessel 11 befestigt. Die Dämpfungselementfixierung 781 ist damit unbeweglich vorgesehen. Das Dämpfungselement 78 ist damit bezugnehmend auf
Auf Seiten des Schubglieds 74 ist ein Anschlag 744 für das Dämpfungselement 78 vorgesehen.A
Mit dem Dämpfungselement 78 wird im Wesentlichen die Bewegung bzw. Beschleunigung des Schubglieds 74 in Impulsrichtung gedämpft bzw. entschleunigt. Dies dient der Verschließminimierung und der Geräuschdämpfung. Mittels der Federkonstante oder der Elastizität des Dämpfungselements 78 kann zudem vorteilhaft die Kinetik des Schubglieds und damit der Reinigungseinrichtung 9 justiert werden. Somit ist beispielsweise die Mittenachse einer Spiralfeder als Dämpfungselement 78 zumindest weitgehend parallel zu den Bewegungsrichtungen HR des Schubglieds 74 vorgesehen.The damping
Ausgehend von der Möglichkeit zur Hin- und Herbewegung des Schubglieds 74 in den Richtungen des Doppelpfeils HR gibt es zwei Elemente, die mit dem Schubglied 74 bewegt werden bzw. sich bewegen: die Hebelzapfen 922 der Hebel 921. Anzumerken ist, dass alternativ auch nur ein Element bzw. Hebelzapfen 922 mit entsprechendem Loch vorgesehen sein kann.Based on the possibility of moving the
Die Hebelzapfen 922 und die Hebel 921 werden nachstehend näher erläutert.The lever pins 922 and the
In
An den distalen Enden DE der jeweiligen Hebel 921 befinden sich Hebelzapfen 922, welche sich durch die Hebelzapfenlöcher 743 erstrecken. Die Hebelzapfen 922 können sich in den Hebelzapfenlöchern 743 in Richtung der jeweils danebenstehenden Doppelpfeile (auf- und ab) bewegen.At the distal ends DE of the
Ausgehend von einer Hin- und Herbewegung des Schubglieds 74 können sich die Hebel 921 in dem jeweiligen Winkelbereich S bewegen. Somit bewegen sich die Hebelzapfen 922 (d.h., eine Hin- und Herbewegung des Schubglieds 74) entlang der Kreissegmentlinien, die mit dem jeweiligen Winkel S in
Im Ergebnis drehen sich die Achsen der Reinigungswellen 92 über die Hebel 921, wenn sich das Schubglied 74 hin- und her bewegt. Dabei können Kräfte in beide Richtungen übertragen werden, d.h., vom Schubglied 74 auf die Reinigungswellen 92 und umgekehrt.As a result, the axes of the
Das Schubglied 74 wird weiter abwechselnd in der in
Diese
Die
The
Gleiche Bezugszeichen in den
Es zeigen die
Die
In dem Ausgangszustand befindet sich das Kurbelelement 77 in einer ersten Drehposition (auch als Ausgangsposition bezeichnet), welche in
Der Sensor 75, beispielsweise ein magnetisch/induktiver Sensor, kann die Anwesenheit des Schubglieds 74 erfassen und beispielsweise an eine (nicht dargestellte) Steuereinrichtung übermitteln. Damit kann die Biomasse-Heizanlage 1 das Vorliegen des Ruhezustands bzw. des Ausgangszustands erfassen.The
Dabei ist das Dämpfungselement 78 komprimiert und liegt an dem Anschlag für das Dämpfungselement 744 an. Die beiden Hebel 921 befinden sich in einer Grundposition.In this case, the damping
Bezugnehmend auf
Diese Reinigungselemente befinden sich im Ausgangszustand der Reinigungseinrichtung in einer Position, bei denen die Reinigungselemente zumindest weitgehend in Bezug auf deren vertikalen Bewegungsspielraum unten angeordnet sind.In the initial state of the cleaning device, these cleaning elements are in a position in which the cleaning elements are arranged at the bottom, at least largely in relation to their vertical range of motion.
Diese untere Position ist in
Damit ist die relative potentielle Energie der Reinigungslemente im Ausgangszustand gering oder Null.Thus the relative potential energy of the cleaning elements in the initial state is low or zero.
Die
In dem Schubzustand befindet sich das Kurbelelement 77 zwischen dessen Ausgangsposition und der später in Bezug auf
Die Führungszapfen 711 befinden sich in den Führungslöchern 742 in einem mittigen Bereich. Das Schubglied 74 befindet zwischen der maximal linken und maximal rechten Auslenkungsposition.The guide pins 711 are located in the guide holes 742 in a central area. The
Dabei wird das Dämpfungselement 78 entspannt und kann zumindest während eines Teils dieses Zustands weiterhin an dem Anschlag für das Dämpfungselement 744 anliegen. In dem Dämpfungselement 78, vorliegend beispielhaft eine Spiralfeder, ist weiterhin ein optionaler Dämpfungselementgegenanschlag 782 vorgesehen, der die maximale Kompression des Dämpfungselements 78 begrenzt und die Bewegung des Schubglieds in Impulsrichtung beschränkt.The damping
Über die beiden Hebel 921 und die Reinigungswellen 92 werden die Reinigungselemente im Schubzustand aufgrund der Drehung des Kurbelelements 77 und der resultierenden Bewegung des Schubglieds 74 in Schubrichtung angehoben. In
Die Höhenänderung der Reinigungselemente erfolgt in diesem Zustand relativ gelichmäßig, falls die Antriebseinheit 72 mit einer gleichbleibenden Drehzahl betrieben wird. Dies ist grundsätzlich erwünscht, da dies den Verschleiß der Antriebseinheit 72 reduziert und auch die Komplexität der Ansteuerung der Antriebseinheit deutlich verringert.In this state, the height of the cleaning elements changes relatively evenly if the
Damit erhöht sich im Schubzustand die relative potentielle Energie der Reinigungselemente mit dem wachsenden Vorschub des Schubglieds 78 in Schubrichtung bzw. mit der Weiterdrehung des Kurbelelements 77.In this way, the relative potential energy of the cleaning elements increases in the thrust state with the increasing advance of the
Der Sensor 75 erfasst in diesem Zustand, dass sich das Schubglied 74 nicht mehr im Ausgangszustand befindet. Somit ist eine positive Erfassung möglich, dass eine Abreinigung der Biomasse-Heizanlage stattfindet.In this state, the
Die
Das Schubglied 74 ist in Schubrichtung, d. h. von vorne betrachtet in Richtung der linken Seite der Biomasse-Heizanlage 1, zumindest weitgehend ausgelenkt.The
In dem Maximalhubzustand ist zudem die größte Höhenauslenkung der Reinigungselemente erreicht, wie aus
Die Antriebseinheit 72 hatte im Schubzustand das Schubglied bis zu einer maximalen Auslenkung in Schubrichtung bewegt, bis der Maximalhubzustand der Reinigungseinrichtung 9 erreicht wird (in
Die Führungszapfen 711 befinden sich in den Führungslöchern 742 der
Das Dämpfungselement 78 ist expandiert und berührt das Schubglied 74 nicht mehr.The damping
Es befindet sich das Kurbelelement 77 in einer weiteren (zweiten) vorbestimmten Kurbeldrehposition (diese kann auch als Selbstlaufstartposition bezeichnet werden), welche in
In dem Maximalhubzustand und damit der vorbestimmten Kurbeldrehposition (Selbstlaufstartposition) des Kurbelelements 77 drückt das Eigengewicht der Reinigungselemente die Hebel 94 (mit welchen die Reinigungselemente an den Reinigungswellen 92 gelagert sind) nach unten, erzeugt somit Drehmomente der Reinigungswellen 92, was wiederum als Kraft bzw. Moment an den distalen Enden der Hebel 921 an das Schubglied 74 weitergegeben wird.When the
Kurz gesagt drückt das Eigengewicht der Reinigungselemente das Schubglied 74 in Impulsrichtung, wobei diese Kraft über die Hebel der Reinigungswelle 92 vermittelt wird.In short, the self-weight of the cleaning elements pushes the pushing
Überschreitet nun das Kurbelelement 77 die vorbestimmte Kurbeldrehposition im Maximalhubzustand (vgl. die Punkt-Strich-Linie in
Da ein Freilauf 73 (bzw. eine Überholkupplung) vorgesehen ist, kann das Kurbelelement 77 diesem Druck bzw. der ausgeübten Kraft nachgeben, und sich unabhängig von der Antriebseinheit in Drehrichtung DR weiterbewegen.Since a freewheel 73 (or an overrunning clutch) is provided, the
Folglich wird das Schubglied 74 im Schubzustand geschoben, bis es den Maximalhubzustand und die Selbstlaufstartposition des Kurbelelements 77 erreicht. Danach schiebt das Schubglied 74 das Kurbelelement 77 weiter in Drehrichtung DR. Damit ist der Fallzustand erreicht, welcher nachstehend beschrieben wird.Consequently, the pushing
Im Fallzustand, welcher in den
Damit beginnt die Mechanik der Reinigungseinrichtung 9 bei Überschreiten der Selbstlaufstartposition des Kurbelelements 77 von selbst zu laufen, d. h., diese bewegt sich im Fallzustand unabhängig von der Antriebseinheit 72.The mechanism of the
In
Der Fallzustand beinhaltet einen relativ freien Fall der Reinigungselemente, welcher nur durch diverse Reibungseinflüsse (beispielsweise die Reibung der Reinigungswelle 92 in deren Lagern oder die Reibung der Turbulatoren in den Kesselrohren 32) etwas gebremst wird. In Spiel kommt noch ein gewisses Trägheitsmoment des Schubglieds 32, welches jedoch ebenso geringfügig ist.The fall state includes a relatively free fall of the cleaning elements, which is only slowed down somewhat by various frictional influences (for example the friction of the cleaning
Folglich werden die Reinigungselemente im Fallzustand (nach Überschreiten der Selbstlaufstartposition) stark beschleunigt. Die zuvor gewonnene potentielle Energie der Reinigungselemente wird in kinetische Energie umgesetzt. Die Größe der Beschleunigung kann vorteilhaft mit dem Dämpfungselement 78, beispielsweise mit der Federkonstante einer Spiralfeder oder eines Öldruckzylinders, eingestellt werden, so wie das nach dem Eigengewicht der Reinigungselemente und der Kinetik der Mechanik der Reinigungseinrichtung anwendungsspezifisch erforderlich ist.Consequently, the cleaning elements in the fall state (after exceeding the Self-running start position) greatly accelerated. The previously gained potential energy of the cleaning elements is converted into kinetic energy. The magnitude of the acceleration can advantageously be adjusted with the damping
Der Beschleunigungsvorgang der Reinigungselemente und auch des Schubglieds 74 im Fallzustand verbessert die Abreinigungseffekte im Kessel 11 erheblich. Auch aufgrund der resultierenden erhöhten Geschwindigkeit sind die diversen mechanischen Abreinigungseffekte verbessert. Beispielsweise schlägt der Schlaghebel 96, welcher ebenso über die Reinigungswellen 92 betätigt wird, schneller an die Sprühelektrode des Elektrofilters 45 an. Ebenso führt eine schnellere Bewegung der Turbulatoren im Wärmetauscher zu einem besseren Effekt des Aufbrechens von festeren Anbackungen oder Anhaftungen.The acceleration process of the cleaning elements and also of the pushing
Am Ende des Fallzustands befindet sich das Schubglied 74 wieder zumindest weitgehend auf der linken Seite der
Am Ende des Fallzustands kann des Weiteren das Schubglied 74 mit seinem Anschlag 744 auf den Dämpfungselementgegenanschlag 782 aufschlagen. Damit erfolgt ein Stoß in den Kessel 11 hinein, der Fall wird abgefangen.At the end of the fall state, the
Alternativ kann zur Beendigung des Fallzustands auch das Dämpfungselement 78 maximal komprimiert sein. Insofern ist ein Dämpfungselementgegenanschlag 782 nicht unbedingt erforderlich. Allerdings kann der Dämpfungselementgegenanschlag 782 dafür sorgen, dass ein Dämpfungselement 78 nicht über die Maße belastet und u.U. zu stark abgenutzt wird. Bei einer Spiralfeder könnte beispielsweise ohne einen Dämpfungselementgegenanschlag 782 eine Überstauchung der Spiralfeder mit resultierendem Federbruch erfolgen.Alternatively, the damping
Bei dem Anschlagen des Schubglieds 74 und der resultierenden spontanen Abbremsung des Reinigungselements wird ein Stoß in der Mechanik der Reinigungseinrichtung 9 erzeugt, der mitunter heftig ausfallen kann.When the
Zur Verdeutlichung: Fällt beispielsweise ein Reinigungselement (beispielsweise die Turbulatoren) ungebremst um 10 cm herab, so weist das Reinigungselement beim Aufschlag des Anschlags 744 auf den Gegenanschlag 782 eine Endgeschwindigkeit von grob 1,4 m/s auf.To clarify: If, for example, a cleaning element (e.g. the turbulators) falls unchecked by 10 cm, the cleaning element has a final speed of roughly 1.4 m/s when the
Geht man nun beispielsweise von einem Eigengewicht dieses Reinigungselements von 30 kg aus, dann hat das Reinigungselement am Ende des Fallens eine kinetische Energie von grob 29,4 Joule, welche als Einzelstoßenergie zu werten ist.Assuming, for example, that this cleaning element has a weight of 30 kg, then the cleaning element has a kinetic energy of roughly 29.4 joules at the end of the fall, which is to be evaluated as the energy of a single impact.
Damit erfährt die gesamte Mechanik der Reinigungseinrichtung 9 einen starken Stoß, der über die Anschläge zudem auch in den Kessel 11 abgegeben werden kann.The entire mechanism of the
Die Reinigungseinrichtung 9 erzeugt durch das schnelle Abbremsen folglich einen Abrütteleffekt, den herkömmliche linear arbeitende Reinigungseinrichtungen nicht erzeugen.As a result of the rapid deceleration, the
Damit resultiert die vorstehend beschriebene Reinigungseinrichtung 9 zu einem verbesserten Abreinigungseffekt, da sich auch festere Anbackungen oder stärkere Anhaftungen von Verbrennungsrückständen im Kessel lösen können. Werden nun die Verbrennungsrückstände besser abgereinigt, so ist die Effizienz des Kessels 11 verbessert und es werden die Emissionen gesenkt.The
Zudem wird durch das Dämpfungselement vorteilhaft die Lautstärke der Abreinigung gesenkt.In addition, the volume of the cleaning is advantageously reduced by the damping element.
Das Kurbelelement 771 befindet sich in der
Die Öffnung 741 weist auf der rechten Seite eine Stufe 745 auf. Diese Stufe 745 ist derart angeordnet, dass der Kurbelfortsatz 771 oder die Laufrolle 771 am Ende des Schubzustands (beim Maximalhubzustand) über die Stufe 745 bewegt wird, und es wird das Schubglied 74 ruckartig in Impulsrichtung bewegt. Damit wird eine noch stärkere Beschleunigung beim Übergang in den Fallzustand erzeugt, da das Schubglied 74 zu Beginn nicht gegen das Beharrungsvermögen des Freilaufs geschoben wird.The
Zudem ist bei dem weiteren Schubglied der
Es erfolgt mit dem Schubglied 74 der
Die Öffnung 741 ist vorliegend annähernd L-förmig vorgesehen. Alternative Formgebungen der Öffnung 741 sind aber auch denkbar.The
Die Vorteile des weiteren Schubglieds der
Bevorzugt ist die Biomasse-Heizanlage 1 derart ausgestaltet, dass die komplette Antriebsmechanik im unteren Kesselbereich (u.a. Drehrostmechanik inkl. Drehrost, Wärmetauscherreinigungsmechanik, Antriebsmechanik für Schubboden, Mechanik für Filtereinrichtung, Reinigungskorb und Antriebswellen und Ascheaustragungsschnecke) im "Schubladenprinzip" schnell und effizient entnommen und wieder eingesetzt werden kann. Dies erleichtert Wartungsarbeiten.The
Die Erfindung lässt neben den erläuterten Ausführungsformen und Aspekten weitere Gestaltungsgrundsätze zu. So können einzelne Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen und Aspekte auch beliebig miteinander kombiniert werden, solange dies für den Fachmann als ausführbar ersichtlich ist.In addition to the explained embodiments and aspects, the invention permits further design principles. Thus, individual features of the various embodiments and aspects can also be combined with one another as desired, as long as this is apparent to the person skilled in the art.
Obschon zwei Führungslöcher 742 mit zwei Führungszapfen 711 vorgesehen sind, so kann beispielsweise auch nur ein Führungsloch 742 mit zwei Führungszapfen 711 vorgesehen sein. Oder aber können auch drei Führungslöcher 742 mit drei Führungszapfen vorgesehen sein. Insofern ist die Anzahl der Führungslöcher nicht auf zwei beschränkt. Das Gleiche gilt für die Zapfenlöcher 743.Although two
Obschon zwei Reinigungswellen 92 mit zwei Hebeln 921 offenbart sind, kann auch eine unterschiedliche Anzahl von Reinigungswellen 92 und Hebel 921 vorhanden sein, beispielsweise eine oder drei.Although two
Obschon beispielhaft mehrere Reinigungselemente offenbart sind, reicht es auch aus, dass nur ein einzelnes Reinigungselement vorgesehen ist.Although several cleaning elements are disclosed by way of example, it is also sufficient that only a single cleaning element is provided.
Weiter können anstatt von nur drei Drehrostelementen 252, 253 und 254 auch zwei, vier oder mehr Drehrostelemente vorgesehen sein. Bei beispielsweise fünf Drehrostelementen könnten diese mit der gleichen Symmetrie und Funktionalität angeordnet sein, wie bei den vorgestellten drei Drehrostelementen. Zudem können die Drehrostelemente auch unterschiedlich zueinander geformt oder ausgebildet sein. Mehr Drehrostelemente haben den Vorteil, dass die Brecherfunktion verstärkt wird.Furthermore, instead of only three rotary grate elements 252, 253 and 254, two, four or more rotary grate elements can also be provided. With five rotary grate elements, for example, these could be arranged with the same symmetry and functionality as with the three rotary grate elements presented. In addition, the rotary grate elements can also be shaped or designed differently from one another. More rotary grate elements have the advantage that the crushing function is increased.
Zu den angegebenen Maßen ist anzumerken, dass auch abweichend von diesen andere Maße bzw. Maßkombinationen vorgesehen werden können.With regard to the specified dimensions, it should be noted that other dimensions or combinations of dimensions can also be provided that deviate from these.
Anstelle der konvexen Seiten der Drehrostelemente 252 und 254 können auch konkave Seiten dieser vorgesehen sein, wobei die Seiten des Drehrostelements 253 in Folge komplementär konvex geformt sein können. Dies ist funktional annähernd gleichwertig.Instead of the convex sides of the rotary grate elements 252 and 254, concave sides of these can also be provided, in which case the sides of the rotary grate element 253 can be shaped in a complementary convex manner. This is functionally almost equivalent.
Obschon beispielsweise 10 (zehn) Sekundärluftdüsen 291 offenbart sind, kann (je nach Dimensionierung der Biomasse-Heizanlage) auch eine andere Anzahl von Sekundärluftdüsen 291 vorgesehen sein.Although, for example, 10 (ten)
Die Rotationsströmung bzw. Wirbelströmung in der Brennkammer 24 kann rechtsdrehend oder linksdrehend vorgesehen sein.The rotational flow or turbulent flow in the
Die Brennkammerdecke 204 kann auch abschnittsweise, beispielsweise stufenförmig, geneigt vorgesehen sein.The
Die Sekundärluftdüsen 291 sind nicht auf rein zylindrische Bohrungen in den Brennkammersteinen 291 beschränkt. Diese können auch als kegelstumpfförmige Öffnungen oder taillierte Öffnungen ausgebildet sein.The
Die Sekundär(re)zirkulation kann auch nur mit Sekundärluft bzw. Frischluft beströmt werden, und insofern nicht das Rauchgas rezirkulieren, sondern lediglich Frischluft zuführen.The secondary (re)circulation can also only be flown with secondary air or fresh air, and in this respect not recirculate the flue gas, but only supply fresh air.
Die in Bezug auf die beispielhaften Ausführungsformen angegebenen Maße und Anzahlen sind lediglich beispielhaft zu verstehen. Diese vorliegend offenbarte technische Lehre ist nicht auf diese Maße beschränkt und kann beispielsweise bei Abwandlung der Dimensionierung des Kessels 11 (kW) abgewandelt werden.The dimensions and numbers given in relation to the exemplary embodiments are to be understood only as examples. This technical teaching disclosed here is not limited to these dimensions and can be modified, for example, by modifying the dimensioning of the boiler 11 (kW).
Als Brennstoffe der Biomasse-Heizanlage können auch andere Brennstoffe als Hackgut oder Pellets verwendet werden.Fuels other than wood chips or pellets can also be used as fuels in the biomass heating system.
Die vorliegend offenbarte Biomasse-Heizanlage kann auch ausschließlich mit einer Art eines Brennstoffs befeuert werden, beispielsweise nur mit Pellets.The biomass heating system disclosed here can also be fired exclusively with one type of fuel, for example only with pellets.
Die hierin offenbarten Ausführungsformen wurden zur Beschreibung und zum Verständnis der offenbarten technischen Sachverhalte bereitgestellt und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken. Daher ist dies so auszulegen, dass der Umfang der vorliegenden Offenbarung jede Änderung oder andere verschiedene Ausführungsformen beinhaltet, die auf dem technischen Geist der vorliegenden Offenbarung basieren.The embodiments disclosed herein were provided for description and understanding of the disclosed technical matters and are not intended to limit the scope of the present disclosure. Therefore, it is to be construed that the scope of the present disclosure includes any modification or other various embodiments based on the technical spirit of the present disclosure.
- 11
- Biomasse-HeizanlageBiomass heating system
- 1111
- Kesselboiler
- 1212
- Kesselfußboiler foot
- 1313
- Kesselgehäuseboiler housing
- 1414
- Wasserzirkulationseinrichtungwater circulation device
- 22
- Brenneinrichtungburner
- 2121
- erste Wartungsöffnung für Brenneinrichtungfirst maintenance opening for burner
- 2222
- Drehmechanikhalterungrotary mechanism mount
- 2323
- Drehmechanikturning mechanism
- 2424
- Brennkammercombustion chamber
- 2525
- Drehrostrotary grate
- 2626
- Primärverbrennungszone der BrennkammerPrimary combustion zone of the combustor
- 2727
- Sekundärverbrennungszone bzw. Strahlungsteil der BrennkammerSecondary combustion zone or radiant part of the combustion chamber
- 2828
- Brennstoffbettfuel bed
- 2929
- Brennkammersteinecombustion chamber bricks
- A1A1
- erste Horizontalschnittliniefirst horizontal cutting line
- A2A2
-
erste Vertikalschnittlinie und vertikale Mittenachse der ovalen Brennkammer 24first vertical section line and vertical central axis of the
oval combustion chamber 24
- 201201
- Zündeinrichtungignition device
- 202202
- Brennkammerschrägecombustion chamber slope
- 203203
- Brennkammerdüsecombustor nozzle
- 204204
- Brennkammerdeckecombustor ceiling
- 231231
- Antrieb bzw. Motor(en) der DrehmechanikDrive or motor(s) of the turning mechanism
- 251251
- Bodenplatte des Drehrostsbottom plate of the rotary grate
- 252252
- Erstes DrehrostelementFirst rotary grate element
- 253253
- Zweites DrehrostelementSecond rotary grate element
- 254254
- Drittes DrehrostelementThird rotary grate element
- 255255
- Übergangselementtransition element
- 256256
- Öffnungenopenings
- 257257
- Rostlippenrust lips
- 258258
- Verbrennungsflächeburn surface
- 260260
- Auflageflächen der BrennkammersteineSupport surfaces of the combustion chamber bricks
- 261261
- Nutgroove
- 262262
- Vorsprunghead Start
- 263263
- Ringring
- 264264
- Halterungssteinebracket stones
- 265265
- Schräge der Halterungssteineslope of the support stones
- 33
- Wärmetauscherheat exchanger
- 3131
- Wartungsöffnung für WärmetauscherMaintenance opening for heat exchanger
- 3232
- Kesselrohreboiler tubes
- 3333
- KesselrohreintrittBoiler tube entry
- 3434
- Wendekammereintrittreversing chamber entry
- 3535
- Wendekammerturning chamber
- 3636
- Federturbulatorspring turbulator
- 3737
- Band- oder SpiralturbulatorBand or spiral turbulator
- 3838
- Wärmetauschmediumheat exchange medium
- 44
- Filtereinrichtungfilter device
- 4141
- Abgasausgangexhaust outlet
- 4242
- Elektrodenversorgungsleitungelectrode supply line
- 4343
- Elektrodenhalterungelectrode holder
- 4444
- Filtereintrittfilter inlet
- 4545
- Elektrodeelectrode
- 4646
- Elektrodenisolationelectrode insulation
- 4747
- Filteraustrittfilter outlet
- 4848
- KäfigCage
- 55
- Rezirkulationseinrichtungrecirculation device
- 51, 5451, 54
- Rezirkulationskanal / RezirkulationskanäleRecirculation channel / recirculation channels
- 5252
- KlappenSucceed
- 5353
- Rezirkulationseintrittrecirculation entry
- 66
- Brennstoffzufuhrfuel supply
- 6161
- Zellradschleuserotary valve
- 6262
- Achse der BrennstoffzufuhrFuel supply axis
- 6363
- Übersetzungsmechaniktranslation mechanics
- 6464
- Brennstoffzufuhrkanalfuel supply channel
- 6565
- Brennstoffzufuhröffnungfuel supply opening
- 6666
- Antriebsmotordrive motor
- 6767
- Brennstoff-Förderschneckefuel auger
- 77
- Ascheabfuhrash removal
- 7171
- Ascheaustragungsschneckeash discharge screw
- 7272
- Antriebseinheitdrive unit
- 7373
- Freilauffreewheel
- 7474
- Schubgliedthrust link
- 7575
- Sensorsensor
- 7676
- Gestellframe
- 7777
- Kurbelelementcrank element
- 7878
- Dämpfungselementdamping element
- 7979
- Aschebehälterash container
- 8181
- Lagerachsenbearing axles
- 8282
- Drehachseaxis of rotation
- 8383
- Brennstoff-Niveauklappefuel level flap
- 9696
- Schlaghebelhammer
- 831831
- Hauptflächemain surface
- 832832
- Mittenachsecenter axis
- 835835
- Oberflächenparallelesurface parallel
- 8484
- Lagerkerbebearing notch
- 8585
- Sensorflanschsensor flange
- 8686
- GlutbetthöhenmessmechanikEmber bed height measurement mechanism
- 99
- Reinigungseinrichtungcleaning device
- 9191
- Reinigungsantriebcleaning drive
- 9292
- Reinigungswellencleaning shafts
- 9393
- Wellenhalterungshaft mount
- 9494
- Fortsatzextension
- 9595
- Turbulatorhalterungenturbulator mounts
- 951951
- DrehlageraufnahmePivot bearing mount
- 952952
- Fortsätzeappendages
- 953953
- Durchlässeculverts
- 954954
- Ausnehmungenrecesses
- 955955
- Drehlagergestängepivot linkage
- 9696
- zweiarmiger Schlaghebeltwo-armed hammer
- 9797
- Anschlagkopfstop head
- 204204
- Brennkammerdeckecombustor ceiling
- 211211
- Dämmmaterial, beispielsweise VermiculiteInsulating material such as vermiculite
- 291291
- Sekundärluft bzw. RezirkulationsdüsenSecondary air or recirculation nozzles
- EE
- Einschubrichtung des Brennstoffsinsertion direction of the fuel
- 331331
- Isolation am KesselrohreintrittInsulation at the boiler tube inlet
- 481481
- Käfighalterungcage mount
- 711711
-
Führungszapfen u. U. Achse der Reinigungswellen 92Guide pin and axis of the
cleaning shafts 92 - 721721
- Achseaxis
- 722722
- Anschlusseinheitconnection unit
- 723723
- Getriebe und/oder Freilaufgear and/or freewheel
- 741741
- Öffnung des SchubgliedsOpening of the pusher
- 742742
- Führungslochguide hole
- 743743
- Hebelzapfenlochlever pivot hole
- 744744
- Anschlag für das DämpfungselementStop for the damping element
- 745745
- StufeStep
- 771771
- Kurbelfortsatzcrank extension
- 772772
- Laufrolleroller
- 773773
- Drehachse des KurbelelementsAxis of rotation of the crank element
- 774774
- vorbestimmte Kurbeldrehpositionpredetermined crank rotation position
- 781781
- Dämpfungselementfixierungdamping element fixation
- 782782
- DämpfungselementgegenanschlagDamping element counter stop
- SS
- Hebelwinkellever angle
- RHRH
- (Wirkungs-) Radius des Hebels(Effective) radius of the lever
- DRDR
- Drehrichtungdirection of rotation
- HRMR
- Richtungen der Hin- und Herbewegungdirections of reciprocation
- SBSB
- Schlitzbreiteslot width
- FLFL
- Führungslochlängepilot hole length
- FGFG
- Gewichtskraft auf das SchubgliedWeight force on the thrust member
- SBSB
- Schubgliedöffnungsbreitepush link opening width
- LBLB
- Schubgliedöffnungslängepush link opening length
- 921921
- Hebellever
- 922922
- Hepelzapfenhepel cone
- DEEN
- distales Ende des Hebelsdistal end of lever
- H1H1
- Höhe im RuhezustandAltitude at rest
- H2H2
- weitere Höhe im Schubzustandfurther altitude in the overrun condition
- H3H3
- weitere Höhe beim Übergang in den Fallzustandfurther altitude during the transition to the fall state
- H4H4
- weitere Höhe im Fallenfurther height in fall
Claims (21)
die Bewegung des Schubglieds (74) in Impulsrichtung nicht durch die Antriebseinheit (72) erfolgt.Cleaning device (9) according to claim 1, wherein the cleaning device (9) is set up such that
the movement of the thrust member (74) in the direction of the impulse is not effected by the drive unit (72).
die Bewegung des Schubglieds (74) in Impulsrichtung durch ein Drehmoment der Reinigungswelle (92) bewirkt wird.Cleaning device (9) according to any one of the preceding claims, wherein the cleaning device (9) is set up such that
the movement of the pushing member (74) in the direction of the impulse is caused by a torque of the cleaning shaft (92).
die Bewegung des Schubglieds (74) in Schubrichtung zumindest annähernd gleichförmig erfolgt.Cleaning device (9) according to any one of the preceding claims, wherein the cleaning device (9) is set up such that
the movement of the thrust member (74) in the direction of thrust takes place at least approximately uniformly.
die Bewegung des Schubglieds (74) in Impulsrichtung beschleunigt erfolgt.Cleaning device (9) according to any one of the preceding claims, wherein the cleaning device (9) is set up such that
the movement of the thrust member (74) is accelerated in the direction of the impulse.
das Schubglied (74) eine Öffnung (741) für einen Kurbelfortsatz (771) des Kurbelelements (77) aufweist.Cleaning device (9) according to any one of the preceding claims, wherein
the thrust member (74) has an opening (741) for a crank extension (771) of the crank element (77).
das Schubglied (74) zur beweglichen Führung des Schubglieds (74) zumindest ein längliches Führungsloch (742) zur Aufnahme zumindest eines Führungszapfens (711) aufweist.Cleaning device (9) according to any one of the preceding claims, wherein
the pusher member (74) for the movable guidance of the pusher member (74) has at least one elongated guide hole (742) for receiving at least one guide pin (711).
das Schubglied (74) geradlinig hin- und her bewegbar angeordnet ist.Cleaning device (9) according to any one of the preceding claims, wherein
the thrust member (74) is arranged to be movable back and forth in a straight line.
das zumindest eine Reinigungselement (36, 37, 48, 96) zumindest einen Turbulator (36, 37), vorzugsweise einen Spiralturbulator (36) und/oder einen Bandturbulator (37), ist, der bzw. die in zumindest einem Kesselrohr (32) eines Wärmetauschers (3) einer Biomasse-Heizanlage (1) vorgesehen ist oder sind.Cleaning device (9) according to any one of the preceding claims, wherein
the at least one cleaning element (36, 37, 48, 96) is at least one turbulator (36, 37), preferably a spiral turbulator (36) and/or a belt turbulator (37), which in at least one boiler tube (32) a heat exchanger (3) of a biomass heating system (1) is or are provided.
das Schubglied (74) einen Anschlag (744) als Endanschlag für die Bewegung in Impulsrichtung aufweist.Cleaning device (9) according to any one of the preceding claims, wherein
the pushing member (74) has a stop (744) as an end stop for the movement in the pulse direction.
eine Öffnung (741) des Schubglieds (74) zur Aufnahme einer Laufrolle (772) des Kurbelfortsatzes (771) vorgesehen ist.Cleaning device (9) according to any one of the preceding claims, wherein
an opening (741) of the thrust member (74) for receiving a roller (772) of the crank extension (771) is provided.
die Öffnung (741) des Schubglieds (74) eine Stufe (745) aufweist, die durch die Laufrolle (772) bei Erreichen der vorbestimmten Kurbeldrehposition überschritten wird.Cleaning device (9) according to any one of the preceding claims, wherein
the opening (741) of the thrust member (74) has a step (745) which is exceeded by the roller (772) when the predetermined crank rotational position is reached.
ein Dämpfungselement (78), vorzugsweise eine Feder, welches derart angeordnet ist, dass das Dämpfungselement (78) die Bewegung des Schubglieds (74) in Schubrichtung dämpft.Cleaning device (9) according to one of the preceding claims, further comprising:
a damping element (78), preferably a spring, which is arranged in such a way that the damping element (78) damps the movement of the thrust member (74) in the thrust direction.
eine Kontraktions- und Expansionsrichtung des Dämpfungselements (78) zumindest annähernd parallel zur Richtung der Hin- und Herbewegung des Dämpfungselements (78) vorgesehen ist.Cleaning device (9) according to any one of the preceding claims, wherein:
a direction of contraction and expansion of the damping element (78) is provided at least approximately parallel to the direction of the back and forth movement of the damping element (78).
ein Sensor (75), beispielsweise ein induktiver Positionsschalter, zur Erfassung der Position oder der Endstellung des Schubglieds (74) vorgesehen ist.Cleaning device (9) according to any one of the preceding claims, wherein
a sensor (75), for example an inductive position switch, is provided for detecting the position or the end position of the thrust member (74).
eine Ascheaustragungsschnecke (71) der Biomasse-Heizanlage (1) ebenso durch die Antriebseinheit (72) angetrieben wird.Cleaning device (9) according to any one of the preceding claims, wherein
an ash discharge screw (71) of the biomass heating system (1) is also driven by the drive unit (72).
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