WO1990014558A1 - Vorrichtung zum verbrennen von bio- und feststoffmassen - Google Patents

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WO1990014558A1
WO1990014558A1 PCT/DE1990/000377 DE9000377W WO9014558A1 WO 1990014558 A1 WO1990014558 A1 WO 1990014558A1 DE 9000377 W DE9000377 W DE 9000377W WO 9014558 A1 WO9014558 A1 WO 9014558A1
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chamber
fan
opening
helical
trough
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PCT/DE1990/000377
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English (en)
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Inventor
Priska Christian
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Christian, Paul
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    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
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    • F23G7/10—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of field or garden waste or biomasses
    • F23G7/105—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of field or garden waste or biomasses of wood waste
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
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    • F23G5/02—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L5/00—Blast-producing apparatus before the fire
    • F23L5/02—Arrangements of fans or blowers

Definitions

  • the invention relates to a device for burning bio and solid masses.
  • Biomasses that are used for heating purposes are, for example, wood waste such as shavings, sawdust, grinding dust, bark, wood press pellets or wood chips, which are generated on a large scale, above all in the wood processing industry.
  • Combustible solid masses which are used for heating purposes are, for example, wood waste pellets, sludge residues and other contaminated solids, as are found in the rest of the industry. The heat recovery from such combustible materials is quite problematic because of the associated environmental pollution.
  • Fluidized bed degassing is known for heat recovery from biomass (EP-A2 0 076 353).
  • the biomass is continuously fed from a conveyor to a trough arranged in a degassing chamber.
  • the degassing chamber has high temperatures so that the combustible gases can escape from the biomass. These gases burn in a flame chamber adjoining the degassing chamber. The heat generated in this way is used for heating the degassing chamber. Holes are present in the trough receiving the combustion masses, through which the air driven into the degassing chamber by means of a fan flows through the fuel in the trough.
  • Temperature regulation can be done, on the one hand, by changing the amount of air supplied to the flame chamber and on the other hand, by changing the amount of air supplied to the degassing chamber.
  • the air flow ensures that the combustion gases flow into the boiler and, for example, can heat a coil of a heat exchanger through which water flows. This type of air flow partly through the fuel in the tub leads to a strong swirling of these fuel. When using wood waste, the unburned dust discharge caused by this is a major problem.
  • the invention is based on the object, based on the above-described prior art, of demonstrating a simple possibility for optimal combustion of bio- and solid matter.
  • a corresponding device with a degassing and flame chamber and fireplace in this chamber for receiving the fuel is accordingly characterized in accordance with the invention in that the degassing chamber is also the flame chamber and that a fan is provided with which one screw into the chamber - Or helical gas flow can be achieved. Measurements have shown that the combustion flame passing through the outlet opening of the chamber is soot-free and has practically no dust loading.
  • a trough as a fireplace and an annular space between the side wall of the trough and the inside of the chamber wall.
  • the area above the trough with the area below the trough is present in terms of flow through this annular space.
  • Below the trough there is the fan with which the air sucked into the area between the trough from the outside can be driven through the annular space in such a way that the air flows around the wall of the trough in a screw or screw shape.
  • the chamber in a vertical orientation so that the air intake opening in the lower region of the chamber, below the trough, and the gas outlet opening in the upper region of the chamber can be arranged. Since the flame is pointing upwards towards the outlet opening, there is also the hottest zone in the upper area of the chamber.
  • the blower device present below the trough in the lower area of the chamber can thus be arranged in the coolest area within the entire device. Overheating of the chamber is also hardly possible, since the gas released and any nitrogen gas that may be supplied from the outside, which can be, for example, recirculated flue gas, burn only partially within the device itself; the largest percentage burnout occurs in the area of the flame channel and shortly thereafter.
  • the flame channel is thus also the hottest area of the device and is advantageously located on the outflow side directly above the masses to be burned.
  • the favorable heat distribution within the device according to the invention makes it sufficient to only partially line the inside of the chamber with refractory material in the area above the trough.
  • the fan with respect to the fireplace is provided on the gas outflow side in such a way that a helical and helical gas flow can be generated transversely to the gas flow flowing out of the fireplace.
  • This embodiment is based on the knowledge that even with a fireplace known in the prior art, the soot-free and practically no dust-laden combustion flame can be generated by the fact that above the fireplace there is a helical or helical gas flow. will work. As a result, a fire roller is generated in the combustion chamber, which ensures the desired optimal combustion.
  • the fan for supplying the outside air and possibly for recirculated flue gas or for additionally generating the helical or helical gas flow transversely to the outflowing gas flow is in each case a fan wheel with a central hub and fastened thereon movable limbs.
  • the screw or screw-shaped flow required for optimal combustion can be achieved in a very effective manner.
  • an air cushion rotates to a certain extent on the inside of the chamber wall, which creates a vortex-like column in the center of the chamber. This column extends from the trough to the flame channel in the area of the outlet opening.
  • the combustion takes place in a whirlwind gas flow inside Chamber room.
  • the gases released during gasification are drawn from the center to the inner wall of the combustion chamber and optimally prepared for their combustion with the air supplied to the chamber from the outside.
  • the chamber for example, which tapers in a bell-shaped manner, allows the bio- and / or solid masses to be completely outgassed. Due to the cyclone-like gas flow, the gas mixture is already burnt off in the upper part of the chamber. The remaining gas mixture burns in the flame channel and in the area after the outlet opening.
  • the gas mixture is prepared in such a way that a further secondary air supply is not absolutely necessary in order to ensure the good combustion shown above. Because the air supplied from the outside and possibly the recirculated flue gas are not pressed directly through the trough and thus through the fuel, there is no swirling of the fuel within the trough. The amount of dust produced during gasification is consequently so small in terms of quantity that it could no longer be detected as existing after the flame channel.
  • a comparable vortex-like column of fire can also be produced in the second embodiment, in which the fan is present in the exhaust gas flow on the downstream side of the fireplace. The incompletely burned particles are then also completely burned in the fire roller.
  • the burn-off with this device can be carried out
  • the combustion process can also be controlled by changing the speed of rotation of the impeller.
  • the supplied combustion air which flows for example from the outside around the drive shaft of the fan wheel, prevents strong heating of both the fan wheel and its drive motor.
  • the cooling that can be achieved is very effective, since the lower region of the chamber is extremely far away from the locally hottest zones, which are located in the upper region of the chamber.
  • the drive motor can thus be placed at the coolest point of the device in the aforementioned first embodiment. Even when the fan is at a standstill, the radiation heat can hardly heat up the drive motor, since the combustion air required for a slumber fire due to thermal effects in the chamber is sucked in via the inlet openings.
  • the rotating gas column inside the combustion chamber which in the first embodiment described above is caused by a correspondingly rotating introduction of outside air, creates an overpressure in the chamber.
  • the size of this overpressure can be determined in a simple manner by regulating the speed of rotation of the impeller.
  • the combustion process is operated with overpressure. Burning of the fuel is therefore about three times as fast as is possible in the prior art. This has not been possible until now, since the burn-up takes place with negative pressure in the prior art.
  • the device can be flanged to conventionally built waste heat boilers, so that the heat generated during the combustion can be easily extracted.
  • the heat can be obtained through the favorable combustion process deploy very quickly.
  • the same is shielded over the surface by a heat shield so that the outflowing gases cannot heat up the fan wheel too strongly.
  • the effect of the heat shield can also be achieved by water cooling or the like. It has proven to be advantageous to provide an opening in the wall of the chamber in the upper region thereof, in which the fan with the heat shield is then installed.
  • the diameter of the heat shield corresponds approximately to the maximum diameter of the fan, so that there is an annular gap between the heat shield and the reveal of the opening. Outside air, possibly mixed with flue gas returned by a combustion device, is introduced into the chamber through this annular gap. This supplied secondary air ensures optimal combustion of the components of the bio- and / or other fuel materials that are not completely burned in the fireplace.
  • the fan and possibly also the heat shield are detachably attached to the opening.
  • the detachability is made possible, for example, by a pivotable fastening of these components to the opening.
  • the opening can be closed by a flap, a slide or the like closure member.
  • FIG. 1 shows a vertical section through a first device according to the invention
  • Fig. 3 shows a longitudinal section along line III-III in Fig. 1 and Fig. 2 and
  • FIG 5 shows a vertical partial section through a second device according to the invention.
  • a first device 10 for burning biomass and solid matter has an outer, circular cylindrical housing 12, which is formed from a steel jacket.
  • the inside of this housing 12 is clad with a refractory material 14 such as chamotte.
  • the inside 16 of the chamotte 14 is also circular cylindrical in cross section.
  • the inside has a concentric taper 18 with respect to the longitudinal axis 20 which is centrally located in the housing 12.
  • a central opening 22 adjoins this tapered region 18, which opens into a flame channel 24.
  • a trough 26 is present in the lower region of the housing 12 and its chamotte layer 14. This trough has a circumferential side wall 28 which is also circular in plan and leaves a constant wide gap 30 to the inside 16.
  • Auger-fed fuel is pushed into the channel 38 via the ramp 44.
  • the ashes are led out of this device out of the device by the screw 40 and conveyed into a collecting container, for example. So that this tub 26 does not move when the firing material is conveyed through the screw conveyor 36 into the tub 26, the tub 26 is firmly connected to the screw conveyor 36.
  • a fan housing 50 which tapers concentrically downward and is flanged to the outer steel jacket 12.
  • the bottom plate 52 of this housing 50 has a central opening 54. Through this opening 54, outside air and possibly flue gas recirculated via a lateral duct 56 can enter from below the device 10 are inserted.
  • This gas (outside air, flue gas) is driven by an impeller 60 into the annular space 62 present between the side wall 28 and the inside 16, thereby rotating about the longitudinal axis 20.
  • the impeller is attached to a shaft 64 which projects downward through the opening 54.
  • a hub 66 is attached to this shaft, on which there are two rings 68, 70 of chain links 72.
  • the individual chain links 72 consist of individual eyelets which are interlinked at right angles to one another. When rotating, these rings are aligned almost horizontally, evenly, so that the horizontal rings 68, 70 shown in the drawing are formed.
  • the outermost members 72 of these rings 68, 70 reach almost up to the housing 50.
  • the lower ring is slightly smaller in diameter than the upper ring and thus adapts to the tapering cross-sectional shape of the housing 50.
  • the lower housing opening 54 can be opened or closed to different extents by two oppositely movable sliders 58, 59.
  • the device 10 shown in the drawing has an interior which has a diameter of 250 mm in the region of the circular cylindrical inner wall 16.
  • the base plate 42 is about 230 mm away from the gas outlet opening 22.
  • a rotation speed of around 2000 rpm when burning wood pellets with a diameter of 60 mm around 1600 rpm when burning lumpy wood and around 2800 rpm when burning waste pellets with a diameter of 20 mm CO values mentioned at the beginning result between 0.00% and 0.02%.
  • FIG. 5 shows a second device 80 according to the invention only in its upper part. Also here is a housing 82, which is formed by a steel jacket, on the outside of a wall of refractory material 84, such as chamotte.
  • a breakthrough 88 is present in the upper region of the housing 12. This opening 88 is located approximately opposite a gas outlet opening 92, which opens into a flame duct 94 leading to the outside.
  • the opening 88 which is circular in cross section
  • a circular shield 96 which closes the largest cross-sectional area of this opening 88.
  • the shield 96 is covered against the interior 85 with refractory material 97.
  • the shield 96 is fastened to an angular border 100 via webs 98 attached to the circumference of the shield 96.
  • the angular bezel is attached to the housing 12 such. B. welded or dowelled.
  • An annular gap 104 is present between the shield 96 and the reveal 102 of the opening 88.
  • the opening 88 is covered by a support plate 106.
  • This support plate 106 is attached detachably to the circumference of the angular frame 100. This releasability is made possible by several screw connections 108. After loosening these screw connections 108, the support plate 106 can be pivoted horizontally away from the opening 88 via hinges (not shown). The then freely accessible breakthrough 88 with its shield 96 and the annular gap 104 cannot then have one further slide plate or swivel plate shown are closed.
  • This air in terms of flow, forms a screw or screw-shaped gas roller 118.
  • This gas roller 118 extends approximately horizontally through the interior 85. The gases flowing from the interior space 85 upwards from the fireplace and to the gas outlet opening 92 are thus brought into intimate contact again with oxygen by the gas roller 118 and completely burned off by the additional dwell time inside the combustion device.
  • the optimal firing results given above in connection with the device 10 also result with the aid of the device 80.

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Abstract

Vorrichtung (10) zum Verbrennen von Bio- und/oder Feststoffmassen weisen eine Entgasungs- und Flammkammer (12) sowie eine Feuerstätte in dieser Kammer zur Aufnahme der Brennmaterialien auf. Diese Vorrichtung (10) zeichnet sich dadurch aus, daß die Entgasungskammer auch die Flammkammer (12) ist und daß ein Gebläse (60, 68, 70) vorhanden ist, mit dem in der Kammer (12) eine schrauben- oder schneckenförmige Gasströmung erzielt werden kann, die sich an der Innenseite (16) der Außenwandung (12, 14) nach oben hin wendelförmig entlangbewegt.

Description

BESCHREIBUNG
Vorrichtung zum Verbrennen von Bio- und Feststoffmassen
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbrennen von Bio- und Feststoffmassen.
Biomassen, die für Heizzwecke verwendet werden, sind bei- spielsweise Holzabfälle wie Späne, Sägemehl, Schleifstaub, Rinde, Holzpreßpellets oder Hackschnitzel, die vor allem in der holzverarbeitenden Industrie in großem Umfang anfallen. Brennbare Feststoffmassen, die für Heizzwecke verwendet wer¬ den, sind beispielsweise Holzmüllpellets, Schlammrückstände und sonstige verunreinigte Feststoffe, wie sie in der übrigen Industrie anfallen. Die Wärmegewinnung aus derartigen Brenn¬ materialien ist wegen der damit verbundenen Umweltbelastung recht problematisch.
STAND DER TECHNIK
Zur Wärmegewinnung aus Biomassen ist die Fließbettentgasung bekannt (EP-A2 0 076 353) . Hierbei wird die Biomasse von einer Fördereinrichtung kontinuierlich einer in einer Entga¬ sungskammer angeordneten Wanne zugeführt. In der Entgasungs- kammer herrschen hohe Temperaturen, so daß die brennbaren Gase aus der Biomasse entweichen können. Diese Gase verbren¬ nen in einer sich an die Entgasungskammer anschließenden Flammenkammer. Die hierbei entstehende Wärme wird zur Behei¬ zung der Entgasungskammer mitbenutzt. In der die Verbrennung- massen aufnehmenden Wanne sind Löcher vorhanden, durch die die in die Entgasungskammer mittels eines Gebläses eingetrie¬ bene Luft durch das in der Wanne befindliche Brennmaterial hindurchströmt. Eine Temperaturregulierung kann einerseits durch Verändern der der Flammkammer zugeführten Luftmenge und andererseits durch Verändern der der Entgasungskammer zuge¬ führten Luftmenge erfolgen. Durch die Luftführung wird insge¬ samt errecht, daß die Verbrennungsgase in den Brennkessel einströmen und dort beispielsweise eine von Wasser durchflos- sene Rohrschlange eines Wärmetauschers erwärmen können. Diese Art der Luftführung teilweise durch die Brennmaterialien in der Wanne hindurch führt zu einer starken Verwirbelung dieser Brennmaterialien. Bei der Verwendung von Holzabfällen stellt der dabei verursachte nicht verbrannte Staubaustrag ein gros- ses Problem dar.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik eine einfache Mög- lichkeit zum optimalen Verbrennen von Bio- und Feststoffmas¬ sen aufzuzeigen.
Diese Erfindung ist durch die Merkmale des Hauptanspruchs ge¬ geben. Eine dementsprechende Vorrrichtung mit einer Entga- sungs- und Flammenkammer und Feuerstätte in dieser Kammer zur Aufnahme der Brennmaterialien ist erfindungsgemäß dementspre¬ chend dadurch gekennzeichnet, daß die Entgasungskammer gleichzeitig auch die Flammkammer ist und daß ein Gebläse vorhanden ist, mit dem in der Kammer eine schrauben- oder schneckenförmige Gasströmung erzielbar ist. Messungen haben ergeben, daß dadurch die durch die Austrittsöffnung der Kam¬ mer hindurchreichende Brennflamme rußfrei ist und praktisch keine Staubbeladung mehr aufweist. Bei einem Verbrennen von Holzpellets mit einem Durchmesser von 60 mm und von stückigem Holz mit den Abmessungen 60 x 60 x 30 (50) mm, sowie von Müllpellets mit einem Durchmesser von 20 mm haben Messungen in einer an den Flammkanal sich anschließenden Rohrleitung zu CO-Werten von 0,00 % bis 0,02 % geführt; ein Zeichen dafür, daß eine vollständige Verbrennung stattgefunden hatte. Diese Ergebnisse werden auch durch das Flammbild der Brenn¬ flamme gestützt; das Flammbild ist im Bereich der Austritts¬ öffnung mit dem einer optimal eingestellten Ölbrennerflamme vergleichbar.
Bei einer ersten Ausführungform der erfinderischen Vorrich¬ tung zum Verbrennen von Bio- und Feststoffmassen sind eine Wanne als Feuerstätte sowie ein Ringraum zwischen der seitli¬ chen Wand der Wanne und der Innenseite der Kammerwand vorhan- den. Durch diesen Ringraum hindurch ist der Bereich oberhalb der Wanne mit dem Bereich unterhalb der Wanne strömungsmäßig vorhanden. Unterhalb der Wanne ist das Gebläse vorhanden, mit dem die in den Bereich zwischen der Wanne von außen angesaug¬ te Luft durch den Ringraum derart hindurchgetrieben werden kann, daß die Luft die Wandung der Wanne schrauben- oder schneckenförmigumströmt.
Als günstig hat es sich herausgestellt, die Kammer in verti¬ kaler Ausrichtung auszubilden, so daß die Luft-Ansaugöffnung im unteren Bereich der Kammer, unterhalb der Wanne, und die Gas-Austrittsöffnung im oberen Bereich der Kammer angeordnet werden können. Da die Brennflamme nach oben in Richtung zu der Austrittsöffnung zeigt, ist auch die heißeste Zone im oberen Bereich der Kammer vorhanden. Die unterhalb der Wanne im unteren Bereich der Kammer vorhandene Gebläseeinrichtung kann damit im kühlsten Bereich innerhalb der gesamten Vor¬ richtung angeordnet werden. Eine Überhitzung der Kammer ist ferner kaum möglich, da das freiwerdende Gas und das ggf. von außen zugeführte Stickgas, das beispielsweise rückgeführtes Rauchgas sein kann, nur teilweise innerhalb der Vorrichtung selber verbrennen; der prozentual größte Ausbrand findet im Bereich des Flammkanals und kurz danach statt. Der Flammkanal ist damit auch der heißeste Bereich der Vorrichtung und be¬ findet sich in günstiger Weise abströmseitig direkt oberhalb der zu verbrennenden Massen. Die günstige Hitzeverteilung innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung macht es ausreichend, die Innenseite der Kammer lediglich teilweise im Bereich oberhalb der Wanne mit feuer¬ festem Material auszukleiden.
Nach einer anderen, ganz wesentlichen Weiterbildung der Er¬ findung ist das Gebläse bezüglich der Feuerstätte gasabström- seitig derart vorhanden, daß eine schrauben- und schnecken¬ förmige Gasströmung quer zu der von der Feuerstätte abströ- menden Gasströmung erzeugt werden kann. Diese Ausfuhrungsform basiert damit auf der Erkenntnis, daß auch bei einer im Stand der Technik bekannten Feuerstätte sich die vorstehend erwähn¬ te rußfreie und praktisch keine Staubbeladung aufweisende Brennflamme dadurch erzeugen läßt, daß oberhalb der Feuer¬ stätte eine schrauben- bzw. schneckenförmige GasStrömung be- wirkt wird. Es wird dadurch gleichsam eine Feuerwalze in der Brennkammer erzeugt, die für die angestrebte optimale Ver¬ brennung sorgt.
Nach einem ganz wesentlichen Merkmal der Erfindung ist das Gebläse zum Zuführen der Außenluft und ggf. von rückgeführtem Rauchgas bzw. zum zusätzlich Erzeugen der schrauben- bzw. schneckenförmigen Gasströmung quer zur abströmenden Gasströ¬ mung jeweils ein Gebläserad mit einer zentralen Nabe und dar¬ an befestigten beweglichen Gliedern.
Mit dem Gebläserad kann auf sehr wirkungsvolle Weise die für das optimale Verbrennen erforderliche Schnecken- bzw. schrau¬ benförmige Strömung erreicht werden. Bei der ersten Ausfüh¬ rungsform, bei der das Gebläse zuströmseitig vor bzw. unter- halb der Feuerstätte vorhanden ist, rotiert dann gewisser¬ maßen an der Innenseite der Kammerwandung ein Luftpolster, das im Zentrum der Kammer eine strudelartige, luftleere Säule erzeugt. Diese Säule erstreckt sich von der Mulde bis zum Flammkanal im Bereich der Austrittsöffnung. Die Verbrennung erfolgt so in einer wirbelsturmartigen Gasströmung im Innen- raum der Kammer. Die beim Vergasen freiwerdenden Gase werden vom Zentrum zur Innenwand der Brennkammer gesogen und mit der der Kammer von außen zugeführten Luft optimal für ihre Ver¬ brennung aufbereitet. Die sich beispielsweise oben glocken- förmig verjüngende Kammer läßt so die Bio- und/oder Fest- stoffmassen total ausgasen. Durch die wirbelsturmartige Gas¬ führung findet bereits im oberen Teil der Kammer ein ersten Abbrand des Gasgemisches statt. Das restliche Gasgemisch brennt im Flammkanal und im Bereich nach der Austrittsöffnung ab. Das Gasgemisch ist dabei so aufbereitet, daß eine weitere sekundäre LuftZuführung nicht unbedingt erforderlich ist, um den oben aufgezeigten guten Abbrand zu gewährleisten. Da¬ durch, daß die von außen zugeführte Luft und ggf. das rückge¬ führte Rauchgas nicht direkt durch die Wanne und damit durch das Brennmaterial hindurchgedrückt werden, findet eine Ver- wirbelung des Brennmaterials innerhalb der Wanne nicht statt. Der beim Vergasen anfallende Staubanteil ist mengenmäßig folglich derart geringfügig, daß er im Anschluß an den Flamm¬ kanal nicht mehr als existent nachgewiesen werden konnte.
Eine verleichbare strudelartige Feuersäule läßt sich auch bei der zweiten Ausfuhrungsform erzeugen, bei der das Gebläse ab- strömseitig zur Feuerstätte im Abgasstrom vorhanden ist. In der Feuerwalze werden dann ebenfalls die nicht vollständig abgebrannten Partikel vollständig verbrannt.
Ebenso wie das Zuführen von Außenluft ist eine Zuführung von Rauchgas problematisch, das bei einem Verbrennungsprozeß, der der vorliegende sein kann, entstanden ist. Die rückzuführen¬ den Rauchgase werden mit dem Gebläse in die Kammer geführt. im Rauchgas vorhandene NOχ-Werte können somit günstig beein¬ flußt werden.
Der mit dieser Vorrichtung erfolgende Abbrand läßt sich durch
Regulierung der Gaseintrittsöffnungen für die Frischluft und
Rauchgasrückführung mittels vorhandener Schieber problemlos vorneh en .
Der Verbrennungsprozeß läßt sich ferner durch Verändern der Rotationsgeschwindigkiet des Gebläserades steuern.
Die zugeführte Verbrennungsluft, die beispielsweise von außen um die Antriebswelle des Gebläserades herum einströmt, ver¬ hindert ein starkes Erwärmen sowohl des Gebläserades als auch seines Antriebsmotors. Die erzielbare Kühlung ist sehr wir- kungsvoll, da der untere Bereich der Kammer von den örtlich heißesten Zonen, die sich im oberen Bereich der Kammer befin¬ den, extrem weit entfernt ist. Der Antriebsmotor kann damit bei der vorstehend erwähnten ersten Ausfuhrungsart an der kühlsten Stelle der Vorrichtung plaziert werden. Auch bei Stillstand des Geläses kann die Abstrahlwärme den Antriebsmo- tor kaum erwärmen, da die für einen Schlummerbrand durch Thermik in der Kammer benötigte Verbrennungsluft über die Eintrittsöffnungen angesaugt wird.
Durch die rotierende Gassäule im Inneren der Brennkammer, die bei der vorstehend beschriebenen ersten Ausfuhrungsart durch ein entsprechend rotierendes Einleiten von Außenluft bewirkt wird, entsteht in der Kammer ein Überdruck. Die Größe dieses Überdruckes kann durch Regulierung der Umdrehungsgeschwindig¬ keit des Gebläserades auf einfache Weise festgelegt werden. Infolge dieses Überdruckes wird der Verbrennungsprozeß mit Überdruck gefahren. Ein Abbrand der Brennmaterialien ist da¬ her etwa dreimal so schnell wie er beim Stand der Technik möglich ist. Dies ist bisher nicht möglich gewesen, da der Abbrand im Stand der Technik mit Unterdruck stattfindet.
Die Vorrichtung kann an herkömmlich gebaute Abhitzekessel an¬ geflanscht werden, so daß dadurch eine problemlose Gewinnung der beim Abbrand entstehenden Wärme erfolgen kann. Die Wärme¬ gewinnung kann dabei durch den günstigen Verbrennungsprozeß sehr rasch einsetzen.
Bei der vorstehend beschriebenen zweiten Ausfuhrungsform, bei der das Gebläserad abströmseitig vorhanden ist, wird dasselbe von einem Hitzeschild flächig abgeschirmt, damit die abströ¬ menden Gase das Gebläserad nicht zu stark aufheizen können. Die Wirkung des Hitzeschildes kann auch erzielt werden durch eine Wasserkühlung oder dergleichen. Als günstig hat es sich dabei herausgestellt, in der Wandung der Kammer in deren obe- ren Bereich einen Durchbruch vorzusehen, in den dann das Ge¬ bläse mit dem Hitzeschild eingebaut wird. Der Durchmesser des Hitzeschildes entspricht dabei etwa dem maximalen Durchmesser des Gebläses, so daß zwischen dem Hitzeschild und der Laibung des Durchbruchs ein Ringspalt vorhanden ist. Durch diesen Ringspalt wird Außenluft, ggf. mit von einer Brennvorrichtung rückgeführtem Rauchgas vermischt, in die Kammer eingeführt. Diese zugeführte Sekundärluft sorgt für eine optimale Ver¬ brennung der in der Feuerstätte nicht vollständig verbrannten Bestandteile der Bio- und/oder sonstigen Brennmaterialien.
Beispielsweise zu Montage- oder Reparaturzwecken ist das Ge¬ bläse und ggf. auch das Hitzeschild lösbar an dem Durchbruch befestigt. Die Lösbarkeit wird beispielsweise durch eine schwenkbare Befestigung dieser Bauteile an dem Durchbruch er¬ möglicht. Um auch im wegbewegten Zustand des Gebläses und ggf. des Hitzeschildes den Betrieb der Feuerstätte aufrecht zu erhalten, kann der Durchbruch durch eine Klappe, einen Schieber oder dergleichen Verschlußorgan verschlossen werden.
Weitere Mermale und Vorteile der Erfindung sind den in den Ansprüchen weiterhin aufgeführten Merkmalen sowie den nach¬ folgenden Ausführungsbeispielen zu entnehmen. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und er- läutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch eine erste erfindungs¬ gemäßeVorrichtung,
Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie I-I der Fig. 1,
Fig. 3 einen Längsschnitt gemäß Linie III-III in Fig. 1 und Fig. 2 und
Fig. 4 einen Längsschnitt gemäß Linie IV-IV in Fig. 1 und Fig. 2,
Fig. 5 einen vertikalen Teilschnitt durch eine zweite erfin¬ dungsgemäßeVorrichtung.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Eine erste erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zum Verbrennen von Bio- und Feststoffmassen besitzt ein äußeres, kreiszylindri¬ sches Gehäuse 12, das aus einem Stahlmantel gebildet ist. Die Innenseite dieses Gehäuses 12 ist mit einem feuerfesten Mate¬ rial 14 wie beispielsweise Schamotte verkleidet. Im unteren Bereich der Vorrichtung ist die Innenseite 16 der Schamotte 14 ebenfalls im Querschnitt kreiszylindrisch ausgebildet. Nach oben hin weist die Innenseite eine konzentrische Verjün- gung 18 zu der im Gehäuse 12 zentrisch vorhandenen Längsachse 20 auf. An diesen verjüngten Bereich 18 schließt sich eine zentrische Öffnung 22 an, die in einen Flammkanal 24 einmün¬ det. Im unteren Bereich des Gehäuses 12 und seiner Schamotte¬ schicht 14 ist eine Wanne 26 vorhanden. Diese Wanne weist ei¬ ne umlaufende Seitenwandung 28 auf, die im Grundriß ebenfalls kreisförmig ist und einen konstant breiten Spalt 30 zur Innenseite 16 freiläßt.
Durch diese Seitenwandung 28 dringt ein durch das Gehäuse 12 seitlich hindurchragendes Rohr 32 hindurch. Dieses Rohr 32 stellt zusammen mit der in seinem Inneren vorhandenen Schnek- ke 34 einen Schneckenförderer 36 dar, mit Hilfe dessen von außen die zum Verbrennen vorgesehene Bio- bzw. Feststoffmas¬ sen in die Wanne 26 hineingefördert werden können.
Dem Schneckenförderer 36 gegenüberliegend ist eine Rinne 38 innerhalb der Seitenwandung 28 vorhanden. In diese Rinne ragt eine weitere Schnecke 40 hinein, die zum Austragen der in der Rinnen vorhandenen Asche verwendet wird. Auch diese Schnecke 40 durchringt das Gehäuse 12. In Richtung zu dieser Rinne 38 hin ist der Boden 42 der Wanne 26 rampenförmig 44 ausgebil¬ det. Beim Abbrennen der in der Wanne 26 vorhandenen Brennmas- sen wird die dabei entstehende Asche durch das durch den
Schneckenförderer nachgeförderte Brennmaterial über die Rampe 44 in die Rinne 38 hineingeschoben. Aus dieser Rinne wird die Asche durch die Schnecke 40 aus der Vorrichtung herausgeführt und beispielsweise in einen Sammelbehälter hinein gefördert. Damit sich beim Fördern von Brenngut durch den Schneckenför¬ derer 36 in die Wanne 26 hinein diese Wanne 26 nicht ver¬ schiebt, ist die Wanne 26 mit dem Schneckenförderer 36 fest verbunde .
Unterhalb des Bodens 42 der Wanne 26 ist ein sich nach unten hin konzentrisch verjüngendes Gebläsegehäuse 50 vorhanden, das an dem äußeren Stahlmantel 12 angeflanscht ist. Die Bo¬ denplatte 52 dieses Gehäuses 50 weist eine zentrische Öffnung 54 auf. Durch diese Öffnung 54 kann Außenluft und ggf. über einen seitlichen Kanal 56 rückgeführtes Rauchgas von unten in die Vorrichtung 10 eingeführt werden.
Dieses Gas (Außenluft, Rauchgas) wird durch ein Gebläserad 60 in den zwischen der Seitenwandung 28 und der Innenseite 16 vorhandenen Ringraum 62, dabei um die Längsachse 20 rotie¬ rend, eingetrieben. Das Gebläserad ist an einer durch die Öffnung 54 nach unten hindurchragenden Welle 64 befestigt. An dieser Welle ist eine Nabe 66 befestigt, an der zwei Kränze 68, 70 von Kettengliedern 72 vorhanden sind. Die einzelnen Kettenglieder 72 bestehen aus einzelnen Ösen, die rechtwink¬ lig zueinander ineinandergehängt sind. Beim Rotieren richten sich diese Kränze nahezu horizontal, ebenflächig aus, so daß die in der Zeichnung dargestellten horizontalen Kränze 68, 70 entstehen. Die äußersten Glieder 72 dieser Kränze 68, 70 rei¬ chen fast bis an das Gehäuse 50 heran. Der untere Kranz ist im Durchmesser etwas kleiner als der obere und paßt sich so der sich verjüngenden Querschnittsform des Gehäuses 50 an.
Die untere Gehäuseδffnung 54 läßt sich durch zwei gegenläufig bewegbare Schieber 58, 59 unterschiedlich weit öffnen bzw. verschließen.
Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung 10 weist einen Innenraum auf, der im Bereich der kreiszylindrischen Innen¬ wand 16 einen Durchmesser von 250 mm aufweist. Die Bodenplat- te 42 ist dabei von der Gasaustrittsδffnung 22 etwa 230 mm entfernt. Bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von etwa 2000 U/min beim Verbrennen von Holzpellets im Durchmesser von 60 mm, von etwa 1600 U/min beim Verbrennen von stückigem Holz und von etwa 2800 U/min beim Verbrennen von Müllpellets mit einem Durchmesser von 20 mm haben sich die eingangs erwähnten CO-Werte zwischen 0,00 % und 0,02 % ergeben.
In Fig. 5 ist eine zweite erfindungsgemäße Vorrichtung 80 le¬ diglich in ihrem oberen Teilbereich dargestellt. Auch hier ist ein Gehäuse 82, das von einem Stahlmantel gebildet wird, an der Außenseite von einer Wandung aus feuerfestem Material 84, wie beispielsweise Schamotte, vorhanden.
Im nicht dargestellten unteren Bereich des von dem Gehäuse 82 bzw. dem feuerfesten Material umgebenden Innenraum 85 ist eine ebenfalls nicht dargestellte Feuerstätte vorhanden, die entweder so wie in den Fig. 1 bis 4 dargestellt aussehen kann; sie kann aber auch eine sonstige, im Stand der Technik bekannte Feuerstätte sein.
Im oberen Bereich des Gehäuses 12 ist ein Durchbruch 88 vor¬ handen. Dieser Durchbruch 88 liegt etwa gegenüber einer Gas¬ austrittsöffnung 92, die in einen nach außenführenden Flamm¬ kanal 94 einmündet.
Innerhalb des im Querschnitt kreisförmigen Durchbruches 88 ist ein ebenfalls kreisförmiges Schild 96 vorhanden, das den größten Querschnittsbereich dieses Durchbruchs 88 ver¬ schließt. Das Schild 96 ist gegen den Innenraum 85 hin mit feuerfestem Material 97 belegt. Über am Umfang des Schildes 96 angebrachte Stege 98 ist das Schild 96 an einer winkelför¬ migen Einfassung 100 befestigt. Die winkelförmige Einfassung ist an dem Gehäuse 12 befestigt wie z. B. angeschweißt oder angedübelt.
Zwischen dem Schild 96 und der Laibung 102 des Durchbruches 88 ist so ein Ringspalt 104 vorhanden. Auf der bezüglich des Innenraumes 85 abgekehrten Seite des Schildes 96 wird der Durchbruch 88 von einer Tragplatte 106 abgedeckt. Diese Trag¬ platte 106 ist umfänglich an der winkelförmigen Einfassung 100 lösbar befestigt. Diese Lösbarkeit wird durch mehrere Schraubverbindungen 108 ermöglicht. Über nicht dargestellte Scharniere läßt sich nach Lösen dieser Schraubverbindungen 108 die Tragplatte 106 von dem Durchbruch 88 horizontal weg- schwenken. Der dann frei zugängliche Durchbruch 88 mit seinem Schild 96 und dem Ringspalt 104 kann dann über eine nicht dargestellte weitere Schieberplatte oder Schwenkplatte ver¬ schlossen werden.
An der Tragplatte 106 ist eine mittige Aussparung 110 vorhan- den, durch die eine Welle 112 horizontal hindurch reicht. Diese Welle 112 kann von einem motorischen Antrieb 114 in Um¬ drehung versetzt werden. An ihrem freien Ende ist auf der Welle 112 eine Nabe 116 vorhanden, die der Nabe 66 der Vor¬ richtung 10 entspricht. Auch an dieser Nabe 116 sind zwei Kränze 68, 70 von Kettengliedern 72 vorhanden. Die einzelnen Kettenglieder 72 bestehen ebenso wie bei dem Gebläserad 60 aus einzelnen Ösen, die rechtwinklig zueinander ineinanderge- hängt sind. Beim Rotieren - so wie in Fig. 5 dargestellt - richten sich die Kränze nahezu ebenflächig - in vorliegendem Beispielsfall senkrecht - aus. Beim Rotieren dieser Kränze 68, 70 wird Luft durch die Aussparung 110 angesaugt und durch den Ringspalt 104 in den Innenraum 85 eingeleitet. Diese Luft, bildet strömungsmäßig eine schrauben- oder schnecken¬ förmige Gaswalze 118. Diese Gaswalze 118 erstreckt sich etwa horizontal durch den Innenraum 85 hindurch. Die aus dem In- nenraum 85 von der Feuerstätte nach oben und zur Gasaus¬ trittsöffnung 92 hinströmenden Gase werden so durch die Gas¬ walze 118 noch einmal innig mit Sauerstoff in Berührung ge¬ bracht und durch die zusätzliche Verweilzeit im Inneren der Brennvorrichtung vollständig abgebrannt. Auch mit Hilfe der Vorrichtung 80 ergeben sich so die vorstehend im Zusammenhang mit der Vorrichtung 10 angegebenen optimalen Brennergebnisse.

Claims

ANSPRÜCHE
01) Vorrichtung zum Verbrennen von Bio- und/oder Feststoff¬ massen, mit - einer Entgasungs- und Flammkammer,
- einer Feuerstätte in dieser Kammer zur Aufnahme der Brennmaterialien, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß
- die Entgasungskammer auch die Flammkammer (12, 82) ist, - ein Gebläse (60, 68, 70) vorhanden ist, mit dem in der
Kammer (12, 82) eine schrauben- oder schneckenförmige Gasströmung erzielbar ist.
02) Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß
- eine Wanne (26) als Feuerstätte vorhanden ist,
- ein Ringraum (62) zwischen der seitlichen Wand (28) der Wanne (26) und der Innenseite (16) der Kammerwand (16) vorhanden ist, - durch diesen Ringraum (62) hindurch der Bereich ober¬ halb der Wanne mit dem Bereich unterhalb der Wanne strömungsmäßig verbunden ist,
- unterhalb der Wanne (26) ein Gebläse (60) vorhanden ist, mit dem die in den Bereich unterhalb der Wanne von außen angesaugte Luft durch den Ringraum (62) derartig durchtreibbar ist, daß die Luft die Wandung (28) der Wanne (26) schrauben- oder schneckenförmig umströmt.
03) Vorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß
- die Kammer (12) in vertikaler Ausrichtung ausgebildet ist, wobei eine Luft-Ansaugöffnung (54) im unteren Be¬ reich der Kammer (12) , unterhalb der Wanne (26) , und eine Gas-Austrittsöfnnung (22) im oberen Bereich der Kammer (12) angeordnet sind, - die Kammerwandung (18) zur Austrittsöffnung (22) hin eine konzentrische Verjüngung (18) aufweist.
04) Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der der Kammer zugeführten Außenluft von einer Brennvor¬ richtung rückgeführtes Rauchgas beigemischt ist.
05) Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß
- das Gebläse (68, 70) gasabströmseitig zur Feuerstätte derart vorhanden ist, daß eine schrauben- oder schneckenförmige Strömung (118) quer zu der von der- Feuerstätte abströmenden Gasströmung erzeugbar ist.
06) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Gebläse ein Gebläserad (60) mit einer zentralen Nabe (66, 116) und daran befestigten beweglichen Gliedern (68, 70, 72) besitzt.
07) Vorrichtung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß außen an der Nabe (66, 116) mehrere, insbesondere über den Umfang der Nabe gleichmäßig verteilte Glieder (68,
70) angehängt sind, die je mehrere, nach Art von Ketten¬ stücken mit gegenseitiger Beweglichkeit aneinandergehäng- te Gliederelemente (72) besitzen.
08) Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Glieder (72) in zwei oder mehreren parallel zueinan¬ der angeordneten Kränzen (68, 70) vorhanden sind. 09) Vorrichtung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zumindest zwei Kränze durch scheibenflächige Elemente be¬ weglich verbunden und aneinandergekoppelt sind.
10) Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Gebläserad (60, 68, 70) von einem Hitzeschild (96, 97) flächig abgeschirmt oder wassergekühlt ist.
11) Vorrichtung nach Anspruch 3 und 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Wanne als Hitzeschild ausgebildet ist.
12) Vorrichtung nach Anspruch 3 und 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Gebläse (68, 70) im oberen Bereich der Kammer (82) so angeordnet ist, daß die durch das Gebläse erzeugte schrauben- oder schneckenförmige Gasströmung (118) in et- wa senkrecht zu der von der Feuerstätte wegströmenden Gasströmung vorhanden ist.
13) Vorrichtung nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß - in der Wandung der Kammer (82) in deren oberem Bereich ein Durchbruch (88) vorhanden ist,
- an bzw. in diesem Durchbruch (88) das Gebläse (68, 70) mit dem Hitzeschild (96, 97) vorhanden ist,
- der Durchmesser des Hitzeschildes (96, 97) in etwa dem maximalen Durchmesser des Gebläses (68, 70) entspricht,
- zwischen dem Hitzeschild (96, 97) und der Laibung (102) des Durchbruches (88) ein Ringspalt (104) vorhanden ist. 14) Vorrichtung nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Gebläse (68, 70) und das Hitzeschild (96, 96) , zusam¬ men oder getrennt, lösbar an dem Durchbruch (88) oder wegschwenkbar von demselben befestigt sind.
15) Vorrichtung nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im wegbewegten Zustand des Gebläses (68, 70) von dem Durchbruch (88) dieser Durchbruch durch eine Klappe oder einen Schieber verschließbar ist.
16) Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein regelbarer elektrischer Antrieb (114) für das Geblä¬ serad (60, 68, 70) vorhanden ist.
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