WO2010063046A1 - Method and apparatus for cascaded biomass oxidation with thermal feedback - Google Patents

Method and apparatus for cascaded biomass oxidation with thermal feedback Download PDF

Info

Publication number
WO2010063046A1
WO2010063046A1 PCT/AT2009/000457 AT2009000457W WO2010063046A1 WO 2010063046 A1 WO2010063046 A1 WO 2010063046A1 AT 2009000457 W AT2009000457 W AT 2009000457W WO 2010063046 A1 WO2010063046 A1 WO 2010063046A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
shell
flow
air
carburetor
fuel
Prior art date
Application number
PCT/AT2009/000457
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
WO2010063046A4 (en
Inventor
Richard Matthias Knopf
Georg Knopf
Original Assignee
Knopf Privatstiftung
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Knopf Privatstiftung filed Critical Knopf Privatstiftung
Priority to US13/143,045 priority Critical patent/US20110303132A1/en
Priority to CA2746826A priority patent/CA2746826A1/en
Priority to EP09764435A priority patent/EP2373926A1/en
Publication of WO2010063046A1 publication Critical patent/WO2010063046A1/en
Publication of WO2010063046A4 publication Critical patent/WO2010063046A4/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23BMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
    • F23B80/00Combustion apparatus characterised by means creating a distinct flow path for flue gases or for non-combusted gases given off by the fuel
    • F23B80/04Combustion apparatus characterised by means creating a distinct flow path for flue gases or for non-combusted gases given off by the fuel by means for guiding the flow of flue gases, e.g. baffles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23BMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
    • F23B10/00Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23BMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
    • F23B90/00Combustion methods not related to a particular type of apparatus
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23LSUPPLYING 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
    • F23L1/00Passages or apertures for delivering primary air for combustion 
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23LSUPPLYING 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
    • F23L9/00Passages or apertures for delivering secondary air for completing combustion of fuel 
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N3/00Regulating air supply or draught
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Abstract

The invention relates to a method for cascaded biomass oxidation in a dish burner with ejection firing. The fuel (18), together with oxygen-containing primary air, is fed to a gasifier dish (8) having high thermal conductivity, in which the fuel is gasified by pyrolysis in a first combustion step, the resulting gas is conducted through guiding devices (6, 9) over the dish edge (11) of the gasifier dish, or over recesses on the upper dish edge, to the outside wall of the dish (8), and is enriched with oxygen-containing secondary air in the intermediate chamber (10) and converted into a cyclone flow around the outer shell dish during a second combustion step, through the convection of which strong thermal feedback is created, together with the high reflection of the thermal radiation on the guiding devices.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur kaskadischen Biomasse-Oxidation mit Thermischer Method and apparatus for cascading biomass oxidation with thermal
Rückkopplungfeedback
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur kaskadischen Biomasse- Oxidation in einem Schalenbrenner mit Abwurffeuerung und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Sie betrifft das Fachgebiet der Heizungstechnik, insbesondere Ofentechnik, für feste Brennstoffe, mit dem Fokus auf Biomasseverbrennungsanlagen, vorzugsweise solche für Pellets- und Hackschnitzel.The present invention relates to a method for cascade biomass oxidation in a cup burner with ejection firing and an apparatus for carrying out the method. It relates to the field of heating technology, in particular furnace technology, for solid fuels, with a focus on biomass combustion plants, preferably those for pellets and wood chips.
Einsatz findet dieses Verfahren und die Vorrichtung vorzugsweise zur Warmwasserbereitung, zur Heizung und in geringerem Maße zur Stromversorgung durch Kraft-Wärmekopplungen in Ein- und Mehrfamilienhäusern. Das Verfahren dient der optimalen Verbrennung von Brennstoffen in einem Schalenbrenner mit Abwurfsteuerung, vorzugsweise in Feuerungssystemen für Pellets und Hackschnitzel. Die Vorrichtung stellt die zentrale Einrichtung eines Heizkessels dar und erlaubt kompakte, effiziente und rückstandsarme Verbrennung zur Wärmegewinnung.Use finds this method and the device preferably for hot water, for heating and to a lesser extent for power supply by cogeneration in single and multi-family homes. The method is used for optimum combustion of fuels in a shell burner with discharge control, preferably in firing systems for pellets and wood chips. The device is the central device of a boiler and allows compact, efficient and low-residue combustion for heat recovery.
Stand der TechnikState of the art
Moderne Feuerungssysteme unterscheiden sich im Wesentlichen in Fallsysteme mit und ohne Rost sowie Schubfeuerungen und Retortenfeuerung.Modern firing systems mainly differ in case systems with and without rust as well as shear firing and retort firing.
Bei ersteren fällt der Brennstoff (Pellets, Hackschnitzel, Späne, Getreide und dergleichen) nach Zuführung über eine Förderschnecke durch einen Fallschacht auf einen Rost oder eine Brennerschale mit dem Glutbett. Die Erstzündung erfolgt über ein Heißgebläse oder elektrische Heizvorrichtungen. Die Flammen züngeln nach oben und die heißen Rauchgase werden nach oben über Rauchzüge an die Wärmetauscher abgegeben. Die Eignung für Halmgüter ist nicht gegeben. Die Füllstandsüberwachung ist schwierig (optisch oder durch Lambda-Sonde). Bei waagrechter Anordnung des Brennraumes spricht man von Tunnelbrennern, welche ebenfalls ohne Rost auskommen. In der Verbrennungszone vergasen die Pellets mit Hilfe von Primärluft. Die Sekundärluft wird in einem aufgesetzten Verbrennungszylinder bzw. durch seitlich angeordnete Düsenbohrungen eingeleitet. In der Regel wird auch ein kleinerer Zuluftstrom über den Fallschacht eingeleitet, um die Rückbrandgefahr zu mindern. Bei Kipp- und Rüttelrostanlagen wird die anfallende Aschemenge von Zeit zu Zeit automatisch in den darunter liegenden Aschesammler abgeworfen.In the former, the fuel (pellets, wood chips, shavings, grain and the like) after being fed via a screw conveyor through a chute falls onto a grate or a burner bowl with the ember bed. The initial ignition takes place via a hot blower or electric heaters. The flames lick upwards and the hot flue gases are released upwards via flues to the heat exchangers. The suitability for Halmgüter is not given. Level monitoring is difficult (optically or by lambda probe). With horizontal arrangement of the combustion chamber one speaks of tunnel burners, which also get along without rust. In the combustion zone, the pellets gas with primary air. The secondary air is introduced in an attached combustion cylinder or through laterally arranged nozzle bores. In general, a smaller supply air flow is introduced via the chute to the To reduce the risk of burnback. In tilting and Rüttelrostanlagen the amount of ash is automatically dropped from time to time in the underlying ash collector.
Generell aber nimmt ein Pelletsofen - nicht zuletzt auf Grund der hohen Brennstoff- homogenität - hinsichtlich geringer Emission und hohem Wirkungsgrad eine Spitzenstellung ein; der Kohlenstoffmonoxidausstoß liegt weit unter den Werten anderer Einzelfeuerstätten und der Wirkungsgrad erreicht Werte von mehr als 90%.In general, however, a pellet stove - not least due to the high level of fuel homogeneity - occupies a top position in terms of low emission and high efficiency; Carbon monoxide output is well below the values of other single fireplaces and efficiency reaches more than 90%.
Schubfeuerungssysteme unterteilen sich in Seiteneinschub- (Quereinschub-) oder Unterschubsysteme, wo die Beschickung von der Seite oder von unten auf einen Rost (starr, eventuell mit Kippfunktion, oder bewegt als Vorschubrost) oder einen Stahlteller (als Schubboden mit oder ohne Wasserkühlung) erfolgt. Bei Quereinschubfeuerungen wird ein Teil der Verbrennungsluft als Primärluft durch den gegebenenfalls vorhanden Rost, durch Luftdüsen im Seitenbereich der Brennmulde oder - bei Vorschubrostfeuerungen - über stirnseitige Luftkanäle in den Rostelementen eingeblasen. Dabei erfüllt die Primärluft auch die Funktion der Rostkühlung. Die Sekundärluft wird oberhalb des Rostes bzw. des Glutbetts oder vor Eintritt in die Nachbrennkammer zugeführt.Burner firing systems are subdivided into side insertion (cross recess) or underfeed systems, where the feed is from the side or from below onto a grate (rigid, possibly with a tilt function or moved as a feed grate) or a steel plate (as a moving bottom with or without water cooling). In transverse insert firing, part of the combustion air is blown in as primary air through the possibly present grate, air nozzles in the side area of the firing trough or - in the case of advancing grate firing - via end-side air ducts in the grate elements. The primary air also fulfills the function of grate cooling. The secondary air is supplied above the grate or the ember bed or before entering the afterburner.
Bei Retortenfeuerungen wird der Brennstoff mit einer Stockerschnecke von unten der Retorte (Brennstoffmulde) zugeführt. In der Retorte erfolgt die Trocknung, pyrolytische Zersetzung und Vergasung des Brennstoffs sowie der Abbrand der Holzkohle mittels eingeblasener Primärluft. Die Sekundärluft wird vor Eintritt in die heiße Nachbrennzone mit den brennbaren Gasen vermischt. Vorteilhaft ist hier die geringe Trägheit und die Nachwärme zu sehen, jedoch sind hoher Stahlteileverschleiß, unhomogenes Glutbett und Brennstoffverdichtung, hoher Restbrennstoffanteil in der Asche sowie hohe Schadstoffbildung beim Abstellvorgang nachteilig. Bei den Verbrennungsprinzipien unterscheidet man Durchbrand, oberer Abbrand und unterer Abbrand. Beim Durchbrand wird Verbrennungsluft durch einen Rost und die Brennstoffschichtung geführt. Nachteilig ist hier die schwierige Anpassung an der Verbrennungsluftmenge an die unterschiedliche Brenngasfreisetzung.In retort furnaces, the fuel is fed from below to the retort (fuel pit) with a Stocker screw. In the retort, the drying, pyrolytic decomposition and gasification of the fuel and the combustion of the charcoal is carried out by means of injected primary air. The secondary air is mixed with the combustible gases before entering the hot afterburning zone. It is advantageous to see the low inertia and the residual heat, however, high steel parts wear, unhomogenous ember bed and fuel compression, high residual fuel content in the ash and high pollutant formation during shutdown are disadvantageous. In combustion principles, a distinction is made between burn-through, upper burn-up and lower burn-up. When burning through combustion air is passed through a grate and the fuel stratification. The disadvantage here is the difficult adaptation to the amount of combustion air to the different combustion gas release.
Beim oberen Abbrand gelangt die Verbrennungsluft seitlich zur Glutbettzone. Beim unteren Abbrand nimmt nur die unterste Schicht des Brennstoffes an derIn the upper combustion, the combustion air reaches the side of the ember bed zone. At the bottom burning takes only the lowest layer of the fuel at the
Verbrennung teil. Die im Bereich der Primärluftzufuhr freigesetzten Brenngase werden über einen Gebläsezug in die Brennkammer gelenkt, in der sie unter Sekundärluftzufuhr nachverbrennen. Ist die Brennkammer unten, so nennt man dies Sturzbrand, ist die Brennkammer seitlich, handelt es sich um seitlichen Unterbrand. Allgemein gilt, dass die Stellgröße für die Regelung der unterschiedlichen Brandphasen (Anfahrphase, stationäre Phase mit konstanter Leistung, Teillastphase und Ausbrandphase) die Luft ist. Bei Trennung zwischen Primärluftstrom und Sekundärluftstrom gibt es zwei Stellgrößen. Mit der Primärluft kann die Feuerungsleistung von ca.50% bis 100% beeinflusst werden. Mit der Sekundärluft wird der vollständige Abbrand der brennbaren Gase kontrolliert. Bei leistungsgeregelten Kesseln dient ein Saugzug- oder Druckgebläse der Leistungssteuerung. Gleichzeitig wird die Brennstoffzufuhr geregelt. Lambda-Sonden dienen der Messung des Luftüberschusses im Abgasstrom. Aus DE 10 2005 033 320 vom 15.2.2007 ist ein Verfahren zum Verbrennen festerCombustion part. The fuel gases released in the area of the primary air supply are directed via a fan train into the combustion chamber, where they are post-combusted with secondary air supply. If the combustion chamber below, it is called the fall fire, is the Combustion chamber laterally, it is a lateral underburner. In general, the manipulated variable for controlling the different combustion phases (start-up phase, stationary phase with constant power, partial load phase and burn-out phase) is the air. When there is a separation between primary air flow and secondary air flow, there are two control variables. With the primary air, the firing capacity of about 50% to 100% can be influenced. The secondary air controls the complete combustion of combustible gases. In the case of power-controlled boilers, an induced draft or pressure blower is used for power control. At the same time the fuel supply is regulated. Lambda probes are used to measure the excess air in the exhaust gas flow. From DE 10 2005 033 320 of 15.2.2007 is a method for burning solid
Brennstoffe und eine Vorrichtung nach diesem Verfahren offenbart. Hier wird ein schalenartiger Rost mit mindestens einer Luftkammer gezeigt, wobei Primärluft in diese Luftkammer eingeleitet und Sekundärluft um diese Kammer zugeführt wird. WO 99/15833 vom 1.4.1999 zeigt einen „Self-Stoking Wood Pellets Stove" mit den Merkmalen Zuführschnecke, Fallrohr, Brennschale und Steuerungsventilen für Primär- und Sekundärluftzuftihr sowie einen nach oben verlaufenden Rauchzug.Fuels and a device disclosed by this method. Here, a cup-like grate is shown with at least one air chamber, wherein primary air is introduced into this air chamber and secondary air is supplied to this chamber. WO 99/15833 from 1.4.1999 shows a "Self-Stoking Wood Pellets Stove" with the features feed screw, downpipe, brazier and control valves for primary and Sekundärluftzuftihr and an upwardly extending flue.
Nachteilig an obigen Systemen sind aufgrund der unsymmetrischen Anordnung der. Elemente der schwierig erreichbare Zustand einer optimalen Verbrennung auch unter Teillast, die komplexe Ausführung oder die Reinigung des Rostes sowie der hohe erforderliche Raumbedarf für die Verbrennungsvorrichtung.A disadvantage of the above systems are due to the asymmetrical arrangement of. Elements of difficult to reach state of optimal combustion even under partial load, the complex design or cleaning of the grate and the high space required for the combustion device.
Jedes der genannten Systeme weist Vorteile und Nachteile auf, wobei keines der Systeme die Mehrzahl der Vorteile unter sich vereinigtEach of the mentioned systems has advantages and disadvantages, with none of the systems combining the majority of the advantages
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Basierend auf diesem Stand der Technik wurde ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optimalen Verbrennung von Biomasse gesucht, welche die Vorteile möglichst aller bestehenden Systeme in sich vereinigt und darüber hinaus auch in Teillastzuständen gute Ergebnisse liefert. Der Aufbau soll kompakt, der Materialbedarf gering und die Bauform minimal gegenüber der erreichbaren Leistungsausbeute sein. Zusätzlich soll die Zahl der Verschleißkomponenten auf ein vertretbares Minimum reduziert werden, oder aber die Verwendbarkeitsdauer der Verschleißteile möglichst groß werden. Darüber hinaus wurde eine sehr geräuscharme Verbrennungsanlage gewünscht, mit möglichst homogenem Abbrand und geringer Verwirbelung in der Heizung. Unkontrollierte Konvektion der Wärme soll weitestgehend vermieden werden. Ebenso soll Versottung oder Rückbrand ausgeschlossen werden. Auch für den Wartungsfall soll möglichst leichte Zugänglichkeit zu den zu reinigenden Flächen sowie die einfache Möglichkeit zum Tausch von Teilen gegeben sein.Based on this prior art, a method and a device for optimal combustion of biomass was sought, which combines the advantages of all possible existing systems in itself and also provides good results in partial load conditions. The structure should be compact, the material requirement low and the design minimal compared to the achievable power output. In addition, the number of wear components should be reduced to a reasonable minimum, or else the useful life of the wearing parts should be as large as possible. In addition, a very low-noise combustion plant was desired, with as homogeneous as possible combustion and low turbulence in the heater. Uncontrolled convection of heat should be avoided as much as possible. Likewise, sooting or burn-back should be excluded. Also for the maintenance of the easiest possible accessibility to the surfaces to be cleaned and the easy way to exchange parts should be given.
Das SchutzbegehrenThe protection request
Zur Lösung dieser Aufgabenstellung ist vorgesehen dass Brennstoff zusammen mit sauerstoffhaltiger Primärluft einer Vergaserschale mit hoher thermischer Leitfähigkeit zugeführt wird, worin der Brennstoff im ersten Verbrennungsschritt durch Pyrolyse vergast wird, das entstehende Gas durch Leiteinrichtungen über den Schalenrand der Vergaserschale oder über Ausnehmungen am oberen Schalenrand an die Außenwand der Schale geleitet wird und im Zwischenraum mit sauerstoffhaltiger Sekundärluft angereichert und in eine Zyklonströmung um die Schalenaußenwand während eines zweiten Verbrennungsschrittes übergeführt wird, durch dessen hohe Konvektion zusammen mit der hohen Reflexion der Wärmestrahlung an den Leiteinrichtungen eine starke thermische Rückkopplung erfolgt.To solve this problem is provided that fuel is supplied together with oxygen-containing primary air of a carburetor shell with high thermal conductivity, wherein the fuel is gasified in the first combustion step by pyrolysis, the resulting gas by conduction devices on the shell edge of the carburetor shell or recesses on the upper shell edge of the Outside wall of the shell is passed and enriched in the space with oxygen-containing secondary air and transferred into a cyclone flow around the shell outer wall during a second combustion step, the high convection takes place together with the high reflection of the heat radiation at the baffles a strong thermal feedback.
Dabei wird Brennstoff zusammen mit sauerstoffhaltiger Primärluft einer Vergaserschale in einem Schalenbrenner mit Abwurffeuerung mit hoher thermischer Leitfähigkeit zugeführt, worin der Brennstoff im ersten Verbrennungsschritt durch Pyrolyse vergast wird. Das entstehende Gas wird durch besondere Leiteinrichtungen oberhalb der Schale und um die Schale herum geleitet. Beispielsweise gelangen die Gase durch den Sog aufgrund eines Sauggebläses oder den Druck eines Druckgebläses über den Schalenrand der Vergaserschale oder über Ausnehmungen am oberen Schalenrand direkt an die Außenwand der Schale. Im engwandigen Zwischenraum erfolgt die Anreicherung mir sauerstoffhaltiger Sekundärluft und gleichzeitig eine Erzwingung einer Zyklonströmung um die Schalen- Außenwand durch geeignete Vorrichtungen. Dabei erfolgt eine starke Vermischung und gleichmäßige Verteilung der exotherm reagierenden Gase im zweiten Verbrennungsschritt. Reflexionen der Wärmestrahlung an den Leiteinrichtungen und hohe Konvektion des Gasstromes dienen einer starken thermischen Rückkopplung der Materialien zueinander und somit zu sehr gutem Ausbrand der Rauchgase. Die Pyrolyse wird verbessert oder kann auf kleinerem Raum stattfinden. Die dichte und effiziente Gasführung bewirkt ein Rauchgas mit äußerst geringer Schadstoffkonzentration auch unter Teillast. Ascheteilchen werden durch die Zyklonströmung an die Brennerwand gedrückt und fallen aus dem Hauptgasstrom. Russteilchen und feine Partikel verglühen an den heißen Leiteinrichtungen, aufgrund ihrer katalytischen Wirkung.In this case, fuel is supplied together with oxygen-containing primary air of a carburetor shell in a shell burner with ejection firing with high thermal conductivity, wherein the fuel is gasified in the first combustion step by pyrolysis. The resulting gas is passed through special baffles above the shell and around the shell. For example, due to the suction due to a suction fan or the pressure of a pressure blower, the gases pass over the shell edge of the carburetor shell or via recesses on the upper edge of the shell directly to the outer wall of the shell. In engwandigen intermediate space, the enrichment me oxygen-containing secondary air and at the same time enforcing a cyclone flow around the shell outer wall is done by suitable devices. In this case, there is a strong mixing and uniform distribution of the exothermic reacting gases in the second combustion step. Reflections of the heat radiation at the guide devices and high convection of the gas flow serve a strong thermal feedback of the materials to each other and thus to a very good burnout of the flue gases. The pyrolysis is improved or can take place in a smaller space. The dense and efficient gas flow causes a flue gas with extremely low pollutant concentration even under partial load. Ascheteilchen be through the Cyclone flow pressed to the burner wall and fall out of the main gas flow. Rus particles and fine particles burn out at the hot diffusers due to their catalytic action.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Hauptströmungsrichtung der Zyklonströmung nach unten zeigt und der Gasstrom am tiefsten Punkt unterhalb der Schale direkt in den Diffusorraum übergeführt wird. Dadurch werden die Heizgase gezielt und homogen nach unten geleitet, entgegen der üblichen Kaminrichtung nach oben.It is particularly advantageous if the main flow direction of the cyclone flow points downwards and the gas flow at the lowest point below the shell is transferred directly into the diffuser space. As a result, the hot gases are deliberately and homogeneously directed downwards, contrary to the usual chimney direction upwards.
Zur Verfeinerung kann die Strömung mithilfe weiterer abwechselnden schalen- und trichterartigen Leiteinrichtungen in weitere Kaskaden gezwungen werden. Dann schließen an die abwärtsgerichtete Strömung wieder eine aufwärts gerichtete Strömung und umgekehrt.For refinement, the flow can be forced into further cascades with the aid of further alternating shell and funnel-type guide devices. Then, an upward flow again connects to the downward flow and vice versa.
Die so gebildeten Kaskaden stellen Strömungsschichtungen gegenüber dem Diffusorraum dar, welcher die Wärme optimiert an die Umgebung oder Wärmetauscher abgeben kann.The cascades thus formed represent flow layers with respect to the diffuser space, which can deliver the heat optimized to the environment or heat exchanger.
Es ist vorteilhaft, wenn die Strömungsgeschwindigkeit der Primärluft in die Vergaserschale und die Strömungsgeschwindigkeit der Sekundärluft in die Zonen außerhalb der Vergaserschale unterschiedlich ist oder unabhängig voneinander regelbar ist.It is advantageous if the flow rate of the primary air into the carburetor shell and the flow rate of the secondary air into the zones outside the carburetor shell is different or can be controlled independently of one another.
Bei eine erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Leiteinrichtungen oberhalb und unterhalb einer Vergaserschale vorgesehen, um den Gasstrom nach der Pyrolyse in engem Kontakt mit der Außenseite der Vergaserschale zu führen, wobei mindestens eine Sekundärluftdüse zwischen der Vergaserschale und den Leiteinrichtungen vorgesehen ist, deren axiale Strömungsaustrittsrichtung eine Horizontalkomponente aufweist und zumindest näherungsweise tangential an die Vergaserschalenwand verläuft.In a device according to the invention guide means are provided above and below a carburetor shell to guide the gas flow after pyrolysis in close contact with the outside of the carburetor shell, wherein at least one Sekundärluftdüse is provided between the carburetor shell and the guide means, the axial flow exit direction has a horizontal component and at least approximately tangent to the carburetor shell wall.
. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um eine obere flächige Begrenzung mit, Essentially, this is an upper area boundary with
Ausnahme des Füllrohres und einer um die Vergaserschale seitlich angeordneten flächigenException of the filling tube and a laterally arranged around the carburetor shell
Begrenzung. Die Leiteinrichtungen dienen dazu, den Gasstrom nach der Pyrolyse in engen Kontakt mit der Außenseite der Vergaserschale zu bringen und die Verbrennungswärme je nach Betriebszustand wechselweise zu reflektieren. Mithilfe von mindestens einerLimit. The guide means serve to bring the gas flow after the pyrolysis in close contact with the outside of the carburetor shell and to reflect the combustion heat alternately depending on the operating state. With at least one
Sekundärluftdüse zwischen der Vergaserschale und den Leiteinrichtungen wird eineSecondary air nozzle between the carburetor shell and the guide is a
Zyklonströmung erzwungen. Dazu ist die axiale Strömungsaustrittsrichtung der Düse vorteilhafterweise dergestalt, dass sie eine Horizontalkomponente aufweist. Die Düsenachse verläuft dabei zumindest näherungsweise tangential zur Vergaserschalenwand.Forced cyclone flow. For this purpose, the axial flow exit direction of the nozzle is advantageously such that it has a horizontal component. The nozzle axis extends at least approximately tangentially to the carburetor shell wall.
Eine einfache Ausbildung der oberen Leiteinrichtung ist die Form einer zweischalig aufgebauten Bedeckung mit Hohlraum. Dieser Hohlraum sollte mindestens eine Luftansaugöffnung aufweisen. Die untere Begrenzung der Bedeckung kann mit mindestens einer Düse verbunden sein, deren Lufteintrittsöffnung mit dem Hohlraum der Bedeckung verbunden ist. Eine Füllöffnung mit Füllrohr für den Brennstoff ist dabei ausgespart. Dieses Füllrohr ist auch nach oben hin nahezu gasdicht, wodurch der Rauchzug nur nach unten ausweichen kann. Die Führung erfolgt durch die untere Leiteinrichtung, welche wie ein Trichter, bis auf eine untere Ausnehmung, zweitschalig um die Außenwand der Vergaserschale ausgeführt ist, mit Parallelabstand oder mit sich nach unten veränderndem Abstand. Dabei ist die untere Leiteinrichtung mit der oberen Leiteinrichtung verbunden.A simple design of the upper guide is the shape of a double-shell cavity cover. This cavity should have at least one air intake opening. The lower limit of coverage may be at least be connected to a nozzle whose air inlet opening is connected to the cavity of the cover. A filling opening with filling tube for the fuel is recessed. This filling tube is also almost gas-tight at the top, so that the flue can only escape downwards. The guide is made by the lower guide, which is designed as a funnel, with the exception of a lower recess, a second shell around the outer wall of the carburetor, with parallel spacing or with downwardly changing distance. In this case, the lower guide is connected to the upper guide.
Die untere Leiteinrichtung kann ebenso wie die Vergaserschale pyramidische, sphärische, konische, paraboloidische oder hyperboloidische Oberflächenabschnitte aufweisen.The lower baffle, like the carburetor shell, may have pyramidal, spherical, conical, paraboloidal or hyperboloidal surface portions.
Die Vergaserschale und ihre umgebende Leiteinrichtung können vorteilhaft koaxial und konzentrisch um eine Brennerachse angeordnet sein. Sie können rotationssymmetrisch geformt sein. Es ist vorteilhaft, wenn mindestens eine Luftaustrittsöffnung einer Primärluftdüse knapp oberhalb des Schalentiefstpunktes innerhalb der Schale nahe an der Abbrandposition der Biomasse positioniert ist, wodurch der Pyrolyse die optimale Luftmenge zugeführt werden kann. Die Position mindestens einer Luftaustrittsöffnung, u.zw. mindestens einer Sekundärluftdüse, sollte zweckmäßigerweise an der Außenseite der Schale vorgesehen sein. Zumindest eine der Luftzuführdüsen kann vorteilhaft als Ringspaltdüse um einThe carburetor shell and its surrounding guide can advantageously be arranged coaxially and concentrically around a burner axis. They can be rotationally symmetrical. It is advantageous if at least one air outlet opening of a primary air nozzle is positioned just above the shell low point within the shell close to the combustion position of the biomass, whereby the optimum volume of air can be supplied to the pyrolysis. The position of at least one air outlet, u.zw. at least one secondary air nozzle, should be expediently provided on the outside of the shell. At least one of the air supply nozzles can advantageously as an annular gap around a
Füllrohr ausgebildet sein. Alternativ oder ergänzend können mehrere Primärluftdüsen oder mehrere Sekundärluftdüsen in gleichem Winkelabstand um die Brennerachse angeordnet sein.Be formed filling tube. Alternatively or additionally, a plurality of primary air nozzles or a plurality of secondary air nozzles may be arranged at the same angular distance around the burner axis.
Die Strömungsgeschwindigkeit durch die Luftzufuhrdüsen wird zweckmäßig durch mindestens ein Ansauggebläse als Abgasventilator kontrolliert und geregelt. Zusätzlich kann sie über einen Drehschieber um die Luftansaugöffnungen regelbar sein.The flow rate through the air supply nozzles is suitably controlled and regulated by at least one intake fan as an exhaust fan. In addition, it can be controlled by a rotary valve around the air intake openings.
Bimetallregler in den Luftzufuhrdüsen können vorteilhaft für die temperaturabhängige Regelung der Strömungsgeschwindigkeit vorgesehen sein.Bimetal in the air supply nozzles can be advantageously provided for the temperature-dependent control of the flow rate.
Die Luftzufuhrdüsen können durch Tiefziehen, aber auch aus angeschweißten Metallrohrstücken oder Keramikteilen gebildet werden.The air supply nozzles can be formed by deep drawing, but also from welded metal pipe pieces or ceramic parts.
Die obere Leiteinrichtung ist zur Vermeidung von Spannungsverformungen oder Rissen zweckmäßig sphärisch geformt ist, oder weist einzelne getrennte Wölbungen als Dehnungsreserve auf. Der Radialabstand zwischen Vergaserschale und der untere Leiteinrichtung kann gegeneinander verstellbar ausgeführt sein. Dieser Abstand ist in axialer Richtung gleich oder verjüngt sich in Strömungsrichtung.The upper guide is expedient spherically shaped to avoid stress distortion or cracks, or has individual separate buckles as expansion reserve. The radial distance between the carburetor shell and the lower guide can be made adjustable against each other. This distance is the same in the axial direction or tapers in the flow direction.
Zur Vermeidung von Verlustwärme nach oben, ist eine thermische Isolierschicht, vorzugsweise aus Mineralwolle oder Keramikfaser oberhalb der oberen Leiteinrichtung vorgesehen.To avoid heat loss up, a thermal insulation layer, preferably made of mineral wool or ceramic fiber is provided above the upper guide.
Die Vergaserschale kann zur Rest-Aschen-Ausbringung mit einem federgelagerten Stoßkegel oder rostartigen Komponenten versehen sein.The carburetor shell can be provided with a spring-loaded impact cone or rust-like components for residual ash application.
Die Erfindung wird anhand beiliegender Figuren näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch die Erfindung.The invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 shows a vertical section through the invention.
Fig. 2 den Horizontalschnitt A-A' aus Figur 1.2 shows the horizontal section A-A 'of Figure 1.
In Fig. 1 ist wird das Verfahren und die Vorrichtung anhand des Vertikalschnittes verdeutlicht. Dargestellt ist der Brenner 1 mit seinem hier deutlich erkennbaren zweischaligem Aufbau. Ober dem zentralen Füllrohr 2 wird mithilfe einer Förderschnecke (hier nicht gezeigt) der Brennstoff 18, vorzugsweise Pellets, Hackschnitzel oder Holzspäne, auf die Vergaserschale 8 eingebracht. Der Brennstoff fällt durch das Füllrohr aufgrund des Vortriebes der Förderschnecke in zeitlichem Abstand aufgrund der Schwerkraft herab. Dabei passiert er die Füllöffnung 20 im Brennerdeckel. Das Füllrohr weist einen Strömungswiderstand nach oben hin auf, der durch geeignete Rückschlagventile, durch Abdichtungen oder durch einen leichten Primärluftstrom aufgrund eines Drucküberschusses, der durch ein Druckgebläse oder ein Ansauggebläse im Abluftkanal, hier nicht gezeigt, erfolgt. Im Zuge der Verbrennung sinkt der Brennstoff ab und der abgebrannte Brennstoff wird durch frischen ersetzt. Da die optimale Betriebsbedingung auch bei unterschiedlichen Leistungen bei konstantem Schalenniveau erreicht ist und der Brennstoff von oben eher kalt ist, kann durch eine Detektierung mit einem Sensor 23 das Niveau für eine exakte Brennstoffdosierung auch mit ungenauen Fördersystemen erreicht werden. Der Brennstoff 18 aus Biomasse wird bei einem Kaltstart über elektrische Heizstäbe oder über Heißluft angeheizt. Diese Initialwärme kann über die Primärluftdüsen 3 von oben mit integrierten Glühdrähten oder über einen eventuellen Rost von unten zugeführt werden, um den Pyrolyseprozess zu starten. In der Figur 1 sind vier Primärluftdüsen 3 gezeigt (drei sichtbar), welche um die Brennerachse 19 im Winkel von 90° angeordnet sind und schräg in die Vergaserschale 8 reichen. Der Biomassebrennstoff 18 kann dabei die Primärluftdüsen 3 auch bedecken. Die Primärluft kann auch durch einen eventuell am Boden oder in Bodennähe der Vergaserschale angebrachten Rost zugeführt werden. Durch die Pyrolyse wird der Brennstoff aufgrund der Initialwärme in Vergasung gebracht, dabei wird weitere Wärme freigesetzt, wodurch die Heißluft oder die elektrische Heizung nicht mehr benötigt wird. Die Vergasung erzeugt brennbare Gase aus Kohlenwasserstoffverbindungen, dadurch entstehen Temperaturen von bis zu 1000° C am Boden der Vergaserschale. Durch das Gebläse werden die Gase an der Innenwand der Schale hinaufgeführt, bis zum Schalenrand 11, wo der Übertritt in den Zwischenraum 10 stattfindet. Ist die Schale an mehreren Punkten aufgehängt oder durch Abstandshalter von der unteren Leiteinrichtung 9 getrennt, dann gleitet die Strömung direkt über den Rand der Schale. Vorstellbar ist aber auch eine direkte Verbindung des Schalenrandes mit der oberen Leiteinrichtung 6, insbesondere mit deren unterer Begrenzung 22. Dann müssen Ausnehmungen, wie Löcher im oberen Rand der Schale vorgesehen sein, um die Strömung in den Zwischenraum 10 zwischen der Vergaserschale und der unteren Leiteinrichtung 9 zu ermöglichen. Hier stellt die Vergaserschale einen Kegelstumpf-Mantel dar, der aus einem ca. 2 mm starkem Stahlblech mit ebenem Boden gebildet ist. Der Öffnungswinkel ist etwa 90° und die untere Leiteinrichtung 9 bildet einen kegelförmigen Trichter im Radialabstand 12 und ist axial konzentrisch dazu verschoben. Dadurch entsteht hier eine Doppelwand mit gleichem Abstand in axialer Richtung. Zwischen diesen Wänden erfolgt die Hauptverbrennung der Pyrolysegase unter Zufuhr von Sekundärluft über Sekundärluftdüsen 13. Die Form der Schale muss nicht kegelförmig sein, jede muldenbildende Schalenform ist möglich, auch der Form der Leiteinrichtung 9 sind nur geringe Einschränkungen auferlegt. Hier sind die die Form entscheidenden Elemente die Entstehung thermischer Spannungen, die gewünschten Strömungsprofile für die Verbrennungsgasströmung und die Aspekte des Alterungsverschleißes und der Wartung. Denkbar sind also sphärische, konische, paraboloidisch, hyperbolische oder auch mehrseitige pyramidische Formen oder Formzusammensetzungen. Bei Wahl eines sich nach unten verringernden Abstandes erhöht sich nach unten die Rotationsgeschwindigkeit des Gasstromes. Auch eine schneckenförmige Führungsrinne kann an der Außenwand der Schale und der Innenwand der Leiteinrichtung 9 vorgesehen sein, um Formstabilität gepaart mit einer laminar geführten Zyklonströmung zu erreichen. Diese Zyklonströmung wird auch durch die Form der Sekundärluftdüsen 13 erreicht. Hier sind sechs Düsen im Eintrittsbereich der Verbrennungsgase aus der Vergaserschale in den Strömungszwischenraum 10 gleichmäßig um den Schalenumfang verteilt. Der Winkelabstand ist hier 60°. Die Düsenmündung 15 ist dabei nicht lotrecht nach unten gerichtet sondern schräg zur Brennerachse 19 geneigt. Der Winkel ist dabei zweckmäßig so gewählt, dass die Verweildauer der Strömung um die Vergaserschale gute Rück- bzw. Wechselwirkung auf die erste Stufe der Verbrennung verursacht. Durch die Zuführgeschwindigkeit des Brennstoffes 18 über die Förderschnecke zusammen mit der Gebläsestärke und der Wärmeentnahme wird die Last bestimmt. Unabhängig davon soll die Vergaserschale 8 auf optimaler Temperaturhöhe als Aktivierungsenergie für die Pyrolyse gehalten werden. Die enge Führung der Sekundärverbrennungsluft an der Vergaserschale 8 gepaart mit der hohen Reflexion von Wärmestrahlung durch die Leiteinrichtung 9 einerseits und durch die Vergaserschale 8 andererseits bewirken einen selbstregulierenden Effekt, wodurch die Gase lastunahhängig vollständig oxidieren, bevor es zum Auftreffen auf die kalten Diffusoroberflächen kommt, und Schadgase wie Kohlenmonoxid den Kamin unvollständig verbrannt verlassen.In Fig. 1, the method and the device is illustrated by the vertical section. Shown is the burner 1 with his here clearly recognizable bivalve structure. Above the central filling tube 2, the fuel 18, preferably pellets, wood chips or wood shavings, is introduced onto the carburetor shell 8 by means of a screw conveyor (not shown here). The fuel falls down through the filling tube due to the propulsion of the auger at a time interval due to gravity. He passes the filling opening 20 in the burner cover. The filling tube has a flow resistance at the top, which is carried out by suitable check valves, by seals or by a slight primary air flow due to a pressure surplus, which is not shown here by a pressure fan or a suction fan in the exhaust duct. In the course of combustion, the fuel sinks and the spent fuel is replaced by fresh fuel. Since the optimal operating condition is achieved even with different performances at constant shell level and the fuel from above is rather cold, can be achieved by a detection with a sensor 23, the level for an exact fuel metering even with inaccurate conveyor systems. The fuel 18 from biomass is heated during a cold start via electric heating rods or hot air. This initial heat can be supplied via the primary air nozzles 3 from above with integrated glow wires or via a possible rust from below to start the pyrolysis process. In Figure 1, four primary air nozzles 3 are shown (three visible), which are arranged around the burner axis 19 at an angle of 90 ° and obliquely extend into the carburetor shell 8. The biomass fuel 18 may also be the primary air nozzles 3 cover. The primary air can also be supplied by a possibly attached to the ground or near the bottom of the carburetor grate. Due to the pyrolysis of the fuel is brought into gasification due to the initial heat, while more heat is released, whereby the hot air or electric heating is no longer needed. Gasification produces flammable gases from hydrocarbon compounds, resulting in temperatures of up to 1000 ° C at the bottom of the carburetor shell. By the blower, the gases are led up to the inner wall of the shell, up to the shell edge 11, where the transition takes place in the gap 10. If the shell is suspended at several points or separated by spacers from the lower guide 9, then the flow will slide directly over the edge of the shell. It is also conceivable, however, a direct connection of the shell edge with the upper guide 6, in particular with its lower boundary 22. Then recesses, such as holes must be provided in the upper edge of the shell to the flow in the gap 10 between the carburetor shell and the lower guide 9 to allow. Here, the carburetor shell is a truncated cone shell, which is formed from a 2 mm thick steel sheet with a flat bottom. The opening angle is about 90 ° and the lower guide 9 forms a conical funnel at a radial distance 12 and is axially concentric with it. This creates a double wall with the same distance in the axial direction. Between these walls, the main combustion of pyrolysis gases takes place with the supply of secondary air via secondary air nozzles 13. The shape of the shell does not have to be cone-shaped, any trough-forming shell shape is possible, even the shape of the guide 9 are imposed only minor restrictions. Here are the decisive elements of the shape of the formation of thermal stresses, the desired flow profiles for the combustion gas flow and the aspects of aging wear and maintenance. Thus, spherical, conical, paraboloidal, hyperbolic or even multi-sided pyramidal forms or molding compositions are conceivable. When selecting a downwardly decreasing distance, the rotational speed of the gas flow increases downward. Also, a helical guide groove may be provided on the outer wall of the shell and the inner wall of the guide 9 to achieve dimensional stability paired with a laminar-flow cyclone flow. This cyclone flow is also achieved by the shape of the secondary air nozzles 13. Here six nozzles are distributed in the inlet region of the combustion gases from the carburetor shell in the flow gap 10 evenly around the shell circumference. The angular distance is 60 ° here. The Nozzle mouth 15 is not directed vertically downwards but inclined obliquely to the burner axis 19. The angle is expediently chosen so that the residence time of the flow around the carburetor shell causes good feedback or interaction with the first stage of the combustion. By the feed rate of the fuel 18 via the screw conveyor together with the blower power and the heat extraction, the load is determined. Independently of this, the carburetor shell 8 should be kept at the optimum temperature level as the activation energy for the pyrolysis. The close management of the secondary combustion air to the carburetor shell 8 paired with the high reflection of heat radiation by the guide 9 on the one hand and by the carburetor shell 8 on the other hand cause a self-regulating effect, whereby the gases completely oxidize Lastunahhängig before it comes to hitting the cold diffuser surfaces, and Harmful gases such as carbon monoxide left the fireplace incompletely burned.
Die Zahl und Form der Sekundärluftdüsen ist hier willkürlich gewählt. Hier sind der Fantasie keine Grenzen gesetzt So kann auch eine Spaltringdüse in den Zwischenraum 10 münden, welcher aus der unteren Begrenzung 22 der oberen Leiteinrichtung 6 gebildet ist. Zusätzliche Leitbleche können dann die definierte Zyklonströmung bewirken.The number and shape of the secondary air nozzles is chosen here arbitrarily. Here, the imagination knows no bounds Thus, a split ring nozzle can open into the gap 10, which is formed from the lower boundary 22 of the upper guide 6. Additional baffles can then cause the defined cyclone flow.
Hier stammen die Primärluft und die Sekundärluft direkt aus dem Hohlraum 6 der doppelt ausgeführten oberen Leiteinrichtung (Brennerbedeckung). Die Luft wird von außen über die Luftansaugöffnung (hier als Umlaufspalt gezeigt) zugeführt. Die Wärmeleitung der verwendeten Bleche und die Wärmestrahlung der Verbrennungsgase bewirken, dass die Brennerbedeckung hohe Temperaturen erreicht und somit auch hohe Vorwärmung für die Primär- und die Sekundärluft zur Folge haben. Die Primärluftdüsen 3 und die Sekundärluftdüsen 13 stehen über die Lufteintrittsöffnungen 4 und 14 direkt mit dem Hohlraum 5 der Brennerbedeckung 6 in Verbindung. Wärmeverluste werden durch die Isolierschicht 17 oberhalb der Brennerbedeckung 6 vermieden.Here, the primary air and the secondary air come directly from the cavity 6 of the double-headed upper guide (burner cover). The air is supplied from the outside via the air intake opening (shown here as a circulation gap). The heat conduction of the sheets used and the heat radiation of the combustion gases cause the burner cover reaches high temperatures and thus have high preheating for the primary and secondary air result. The primary air nozzles 3 and the secondary air nozzles 13 are connected via the air inlet openings 4 and 14 directly to the cavity 5 of the burner cover 6 in combination. Heat losses are avoided by the insulating layer 17 above the burner cover 6.
Fig. 2 zeigt den Schnitt nach Linie A-A' der Fig. 1 von oben und macht den symmetrischen Aufbau der Ausführung deutlich. Zu sehen sind die Lufteintrittsöffnungen der Düsen 3,13 im Schnitt, und die Vergaserschale. BezugszeichenlisteFig. 2 shows the section along line AA 'of Fig. 1 from above and makes the symmetrical structure of the embodiment clearly. You can see the air inlet openings of the nozzles 3,13 in section, and the carburetor shell. LIST OF REFERENCE NUMBERS
I Schalenbrenner 2 FüllrohrI cup burner 2 filling tube
3 Primärluftdüse3 primary air nozzle
4 Lufteintrittöffnung in die Primärluftdüse4 Air inlet opening in the primary air nozzle
5 Hohlraum einer zweischaligen Bedeckung5 Cavity of a bivalve covering
6 obere Leiteinrichtung (Bedeckung) 7 Luftaustrittöffnung aus der Primärluftdüse6 upper guide (cover) 7 Air outlet opening from the primary air nozzle
8 Vergaserschale8 carburetor shell
9 untere Leiteinrichtung (Bewandung, Zyklon-Düse, Trichter)9 lower guide (walling, cyclone nozzle, funnel)
10 Zwischenraum (2_ Verbrennungsstufe)10 gap (2_ combustion stage)
I 1 Schalenrand der Vergaserschale 12 Abstand zwischen Schale und unterer LeiteinrichtungI 1 Shell edge of the carburetor shell 12 Distance between shell and lower guide
13 Sekundärluftdüse13 secondary air nozzle
14 Lufteintrittöffhung in die Sekundärluftdüse14 air inlet opening in the secondary air nozzle
15 Luftaustrittöffnung aus der Sekundärluftdüse15 air outlet opening from the secondary air nozzle
16 Luftansaugöffnung 17 Isolierschicht16 air intake opening 17 insulating layer
18 Brennstoff mit Asche aus Biomasse18 fuel with ashes from biomass
19 Brennerachse19 burner axis
20 Füllöffhung für den Brennstoff20 filling opening for the fuel
21 Mündung der unteren Leiteinrichtung (Düse, Trichter) in den Diffusorraum 22 untere Begrenzung der oberen Leiteinrichtung (Bedeckung)21 Mouth of the lower guide (nozzle, funnel) into the diffuser space 22 lower limit of the upper guide (cover)
23 Sensor für die Brennstoffmengenermittlung 23 Fuel quantity determination sensor

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zur kaskadischen Biomasse-Oxidation in einem Schalenbrenner mit Abwurffeuerung dadurch gekennzeichnet, dass Brennstoff (18) zusammen mit sauerstoffhaltiger Primärluft einer Vergaserschale (8) mit hoher thermischer Leitfähigkeit zugeführt wird, worin der Brennstoff im ersten Verbrennungsschritt durch Pyrolyse vergast wird, das entstehende Gas durch Leiteinrichtungen (6,9) über den Schalenrand (11) der Vergaserschale oder über Ausnehmungen am oberen Schalenrand an die Außenwand der Schale (8) geleitet wird und im Zwischenraum (10) mit sauerstoffhaltiger Sekundärluft angereichert und in eine Zyklonströmung um die Schalenaußenwand während eines zweiten Verbrennungsschrittes übergeführt wird, durch dessen hohe Konvektion zusammen mit der hohen Reflexion der Wärmestrahlung an den Leiteinrichtungen eine starke thermische Rückkopplung erfolgt. 1. A method for cascading biomass oxidation in a dish burner with ejection firing, characterized in that fuel (18) together with oxygen-containing primary air of a gasifier shell (8) is supplied with high thermal conductivity, wherein the fuel is gasified in the first combustion step by pyrolysis, the resulting Gas through guide means (6,9) over the shell edge (11) of the carburetor shell or recesses on the upper shell edge to the outer wall of the shell (8) is passed and enriched in the space (10) with oxygen-containing secondary air and in a cyclone flow around the shell outer wall during a second combustion step is performed, by the high convection takes place together with the high reflection of the heat radiation at the guide means a strong thermal feedback.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die2. The method according to claim 1, characterized in that the
Hauptströmungsrichtung der Zyklonströmung nach unten zeigt und der Gasstrom am tiefsten Punkt unterhalb der Schale (8) in den Diffusorraum übergeführt wird.Main flow direction of the cyclone flow pointing down and the gas flow is transferred at the lowest point below the shell (8) in the diffuser space.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung mithilfe weiterer abwechselnden schalen- und trichterartigen Leiteinrichtungen in weitere Kaskaden gezwungen wird, wobei an eine abwärtsgerichtete Strömung wieder eine aufwärts gerichtete Strömung und umgekehrt an eine aufwärts gerichtete Strömung wieder eine abwärts gerichtete folgt und die so gebildeten Kaskaden Strömungsschichtung gegenüber dem nachfolgenden Diffusorraum darstellen.3. The method according to claim 1, characterized in that the flow is forced by means of further alternating shell and funnel-like baffles in further cascades, wherein to a downward flow again an upward flow and vice versa to an upward flow again followed by a downward and represent the cascades thus formed flow layer with respect to the subsequent diffuser space.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche von 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit der Primärluft in die Vergaserschale (8) und der4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the flow rate of the primary air into the carburetor shell (8) and the
Sekundärluft in die Zonen außerhalb der Vergaserschale unterschiedlich oder unabhängig voneinander regelbar ist.Secondary air in the zones outside the carburetor shell is different or independently controllable.
5. Vorrichtung (1) zur kaskadischen Biomasse-Oxidation in einem Schalenbrenner mit Abwurffeuerung dadurch gekennzeichnet, dass Leiteinrichtungen (6,9) oberhalb (6) und unterhalb (9) einer Vergaserschale (8) vorgesehen sind, den Gasstrom nach der Pyrolyse in engen Kontakt mit der Außenseite der Vergaserschale (8) zu führen und mindestens eine Sekundärluftdüse (13) zwischen der Vergaserschale (8) und den Leiteinrichtungen (6,9) vorgesehen ist, deren axiale Strömungsaustrittsrichtung (15) eine Horizontalkomponente aufweist und zumindest näherungsweise tangential an die Vergaserschalenwand verläuft.5. Device (1) for cascade biomass oxidation in a dish burner with ejection firing characterized in that guide means (6.9) above (6) and below (9) of a carburetor shell (8) are provided, the gas stream after pyrolysis in tight Contact with the outside of the carburetor shell (8) to lead and at least one secondary air nozzle (13) between the carburetor shell (8) and the guide means (6.9) is provided, the axial flow exit direction (15) a Has horizontal component and extends at least approximately tangentially to the carburetor shell wall.
6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Leiteinrichtung (6) als zweischalig aufgebaute Bedeckung mit Hohlraum (5) aufgebaut ist und mindestens eine Luftansaugöffnung (16) aufweist, mindestens eine mit der unteren Begrenzung der Bedeckung (22) und dem Hohlraum verbundene Düse (3,13) mit Lufteintrittsöffnung (4,14) besitzt und eine Füllöffnung (20) mit Füllrohr (2) für den Brennstoff (18) aufweist.6. Device (1) according to claim 5, characterized in that the upper guide (6) constructed as a double-shell cover with cavity (5) and at least one air intake (16), at least one with the lower boundary of the cover (22 ) and the cavity connected nozzle (3,13) with air inlet opening (4,14) and has a filling opening (20) with filling tube (2) for the fuel (18).
7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Leiteinrichtung (9) bis auf eine untere Ausnehmung (21) zweitschalig zur Außenwand der Vergaserschale (8) ausgeführt ist, mit Parallelabstand (12) oder mit sich nach unten verringerndem Abstand, und die untere Leiteinrichtung (9) mit der oberen Leiteinrichtung (6) verbunden ist.7. Device (1) according to claim 5 or 6, characterized in that the lower guide device (9) except for a lower recess (21) is designed as a second shell to the outer wall of the carburetor shell (8) with parallel spacing (12) or with itself after downwardly decreasing distance, and the lower guide (9) is connected to the upper guide (6).
8. Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Leiteinrichtung (9) und die Vergaserschale (8) pyramidische, sphärische, konische, paraboloidische oder hyperboloidische Oberflächenabschnitte aufweisen.8. Device (1) according to claim 7, characterized in that the lower guide (9) and the carburetor shell (8) have pyramidal, spherical, conical, paraboloidal or hyperboloidal surface portions.
9. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergaserschale und ihre umgebende Leiteinrichtung koaxial und konzentrisch um eine Brennerachse (19) angeordnet sind und vorzugsweise rotationssymmetrisch geformt sind.9. Device (1) according to one of claims 5 to 8, characterized in that the carburetor shell and its surrounding guide are arranged coaxially and concentrically about a burner axis (19) and are preferably rotationally symmetrical.
10. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Luftaustrittsöffnung (7) mindestens einer Primärluftdüse (3) knapp oberhalb des Schalentiefstpunktes innerhalb der Schale (8) nahe an der Abbrandposition der Biomasse (18) aufweist und/oder mindestens eine Luftaustrittsöffnung (15) mindestens einer Sekundärluftdüse (13) an der Außenseite der Schale (8) aufweist.10. Device (1) according to one of claims 5 to 9, characterized in that at least one air outlet opening (7) has at least one Primärluftdüse (3) just above the shell deepest point within the shell (8) close to the combustion position of the biomass (18) and / or at least one air outlet opening (15) has at least one secondary air nozzle (13) on the outside of the shell (8).
11. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Luftzuführdüsen (3,13) als Ringspaltdüse um das Füllrohr (2) ausgebildet ist.11. Device (1) according to one of claims 5 to 10, characterized in that at least one of the air supply nozzles (3, 13) is designed as an annular gap nozzle around the filling tube (2).
12. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Primärluftdüsen (3) und/oder mehrere Sekundärluftdüsen (13) in gleichem12. Device (1) according to one of claims 5 to 10, characterized in that a plurality of primary air nozzles (3) and / or a plurality of secondary air nozzles (13) in the same
Winkelabstand um die Brennerachse (19) angeordnet sind.Angular distance around the burner axis (19) are arranged.
13. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit durch die Luftzufuhrdüsen (3,13) durch mindestens ein Ansauggebläse als Abgasventilator und/oder einen Drehschieber um mindestens eine Luftansaugöffnung (16) regelbar ist.13. Device (1) according to any one of claims 5 to 12, characterized in that the flow velocity through the air supply nozzles (3,13) by at least one Ansauggebläse as exhaust fan and / or a rotary valve about at least one air intake opening (16) is controllable.
14. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet dass Regeleinrichtungen in den Luftzufuhrdüsen (3,13) vorgesehen sind. 14. Device (1) according to any one of claims 5 to 13, characterized in that regulating means in the air supply nozzles (3,13) are provided.
15. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche von 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzufuhrdüsen (3,13) durch Tiefziehen oder aus angeschweißten Metall- oder Keramikrohrstücken gebildet sind.15. Device (1) according to any one of claims 5 to 14, characterized in that the air supply nozzles (3,13) are formed by deep drawing or welded metal or ceramic pipe pieces.
16. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche von 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Leiteinrichtung (6) sphärisch geformt ist, oder einzelne getrennte Wölbungen aufweist.16. Device (1) according to one of claims 5 to 15, characterized in that the upper guide (6) is spherically shaped, or has individual separate curvatures.
17. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche von 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass Vergaserschale und die untere Leiteinrichtung (9) mit geringem, gleichbleibendem, oder sich in Strömungsrichtung verjüngendem Radialabstand angeordnet sind, wobei der Abstand gegebenenfalls über Hubspindel einstellbar ist. 17. Device (1) according to any one of claims 5 to 16, characterized in that the carburetor shell and the lower guide (9) are arranged with a small, constant, or tapering in the flow direction radial distance, wherein the distance is optionally adjustable via the lifting spindle.
18. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche von 5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine thermische Isolierschicht (17) aus Mineralwolle oder Keramikfaser oberhalb der oberen Leiteinrichtung (6) vorgesehen ist.18. Device (1) according to any one of claims 5 to 17, characterized in that a thermal insulating layer (17) made of mineral wool or ceramic fiber above the upper guide (6) is provided.
19. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche von 5 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergaserschale einen Rost oder einen federgelagerten Stoßkegel zur Aschen-Ausbringung aufweist19. Device (1) according to one of claims 5 to 18, characterized in that the carburetor shell has a grate or a spring-loaded impact cone for the ash application
20. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffmassenstrom durch das Niveau des Brennstoffes an dessen einwurfseitiger Oberfläche in der Vergaserschale mittels eines Sensors (23) regelbar ist. 20. Device (1) according to claim 1, characterized in that the fuel mass flow through the level of the fuel at its Einwurfseitiger surface in the carburetor shell by means of a sensor (23) is adjustable.
PCT/AT2009/000457 2008-12-02 2009-11-24 Method and apparatus for cascaded biomass oxidation with thermal feedback WO2010063046A1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/143,045 US20110303132A1 (en) 2008-12-02 2009-11-24 Method and apparatus for cascaded biomass oxidation with thermal feedback
CA2746826A CA2746826A1 (en) 2008-12-02 2009-11-24 Method and apparatus for cascaded biomass oxidation with thermal feedback
EP09764435A EP2373926A1 (en) 2008-12-02 2009-11-24 Method and apparatus for cascaded biomass oxidation with thermal feedback

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA1876/2008 2008-12-02
AT0187608A AT507098B1 (en) 2008-12-02 2008-12-02 METHOD AND DEVICE FOR CASCADIC BIOMASS OXIDATION WITH THERMAL RECONDITIONING

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2010063046A1 true WO2010063046A1 (en) 2010-06-10
WO2010063046A4 WO2010063046A4 (en) 2010-09-02

Family

ID=41664448

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/AT2009/000457 WO2010063046A1 (en) 2008-12-02 2009-11-24 Method and apparatus for cascaded biomass oxidation with thermal feedback

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20110303132A1 (en)
EP (1) EP2373926A1 (en)
AT (1) AT507098B1 (en)
CA (1) CA2746826A1 (en)
WO (1) WO2010063046A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3798513A1 (en) 2019-09-26 2021-03-31 ÖKOFEN Forschungs- und Entwicklungsgesellschaft m.b.H. Heating device

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014025790A1 (en) * 2012-08-06 2014-02-13 Fiberio Technology Corporation Systems and methods of heating a fiber producing device
CN105889902A (en) * 2016-06-16 2016-08-24 庞中化 Bidirectional anaerobic biomass energy-saving boiler

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE637460C (en) *
DE173739C (en) *
GB191312691A (en) * 1913-05-31 1914-04-09 Samuel Saunders Improvements in Water Heating Boilers for Heating, Warming, and like Installations.
DE404710C (en) * 1924-03-01 1924-10-24 Uhlmann Johannes Sectional boiler with lower combustion for raw lignite combustion
GB586635A (en) * 1943-07-15 1947-03-26 Spladis Soc Pour L Applic D In Improvements in or relating to processes and apparatus for the combustion of fragmentary solid combustibles
DE894742C (en) * 1949-11-30 1953-10-26 Oerlikon Maschf Firing device for solid fuels
DE972632C (en) * 1952-08-06 1959-08-20 Strebelwerk G M B H Large-capacity sectional boiler for collective heating systems and the combustion of low-quality coal, especially lignite
US3792670A (en) * 1972-07-03 1974-02-19 Raytheon Co Cyclonic flow incinerator
JPS6044758A (en) * 1983-08-23 1985-03-09 Masakatsu Miyamoto Method and apparatus for heating water
DE102006021624A1 (en) * 2006-05-09 2007-11-15 Michael Artmann Device for producing pressurized hot gas, comprises a pot like cyclone combustor arranged in a boiler having a cylindrical section, a lid section and a bottom section, a cyclone for cleaning the produced pressurized hot gas, and an agitator

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NO145893C (en) * 1979-07-05 1982-06-16 Norsk Hydro As METHOD AND DEVICE FOR COMBUSTION OF SOLID AND LIQUID WASTE
US4659340A (en) * 1985-06-24 1987-04-21 Weaver Lloyd E Pressurized downdraft gasifier
US4854298A (en) * 1986-05-05 1989-08-08 Orrville Products, Inc. Secondary combustion device for woodburning stove
GB8728938D0 (en) * 1987-12-10 1988-01-27 Schaefer Bros Inc Long life cover for heat chamber
ATE86028T1 (en) * 1990-03-10 1993-03-15 Krantz H Gmbh & Co METHOD AND DEVICE FOR BURNING CONTAMINANT SUBSTANCES CONTAINED IN A MEDIA STREAM.
US5226927A (en) * 1991-02-13 1993-07-13 Southern California Edison Wood gasifier
GB2263535B (en) * 1992-01-08 1995-07-12 Richards Eng Ltd Incineration apparatus
US6261090B1 (en) * 1999-08-17 2001-07-17 Independent Stave Company Gas combustor and combustor system for combustion of smoke, off gases and other emissions
US6938562B2 (en) * 2002-05-17 2005-09-06 Senreq, Llc Apparatus for waste gasification

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE637460C (en) *
DE173739C (en) *
GB191312691A (en) * 1913-05-31 1914-04-09 Samuel Saunders Improvements in Water Heating Boilers for Heating, Warming, and like Installations.
DE404710C (en) * 1924-03-01 1924-10-24 Uhlmann Johannes Sectional boiler with lower combustion for raw lignite combustion
GB586635A (en) * 1943-07-15 1947-03-26 Spladis Soc Pour L Applic D In Improvements in or relating to processes and apparatus for the combustion of fragmentary solid combustibles
DE894742C (en) * 1949-11-30 1953-10-26 Oerlikon Maschf Firing device for solid fuels
DE972632C (en) * 1952-08-06 1959-08-20 Strebelwerk G M B H Large-capacity sectional boiler for collective heating systems and the combustion of low-quality coal, especially lignite
US3792670A (en) * 1972-07-03 1974-02-19 Raytheon Co Cyclonic flow incinerator
JPS6044758A (en) * 1983-08-23 1985-03-09 Masakatsu Miyamoto Method and apparatus for heating water
DE102006021624A1 (en) * 2006-05-09 2007-11-15 Michael Artmann Device for producing pressurized hot gas, comprises a pot like cyclone combustor arranged in a boiler having a cylindrical section, a lid section and a bottom section, a cyclone for cleaning the produced pressurized hot gas, and an agitator

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3798513A1 (en) 2019-09-26 2021-03-31 ÖKOFEN Forschungs- und Entwicklungsgesellschaft m.b.H. Heating device

Also Published As

Publication number Publication date
AT507098A4 (en) 2010-02-15
US20110303132A1 (en) 2011-12-15
AT507098B1 (en) 2010-02-15
EP2373926A1 (en) 2011-10-12
CA2746826A1 (en) 2010-06-10
WO2010063046A4 (en) 2010-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AT401191B (en) BOILER FOR TWO-STAGE COMBUSTION
EP1979674B1 (en) Method of operating a wood-pellet cogeneration unit with stirling engine
CN100570219C (en) Self-feeding and be the civil heating stove of fuel with the stalk briquette
CN103939919A (en) Efficient oil sludge incinerator
EP2058589B1 (en) Boiler for solid fuel
CN205535841U (en) Use vertical waste incinerator of roll -type grate
AT507098B1 (en) METHOD AND DEVICE FOR CASCADIC BIOMASS OXIDATION WITH THERMAL RECONDITIONING
EP1288570B1 (en) Boiler for the combustion of solid fuel
CN201363884Y (en) Automatic feeding civil heating stove taking compressed straw stalks as fuel
DE2721237A1 (en) PROCEDURE FOR INCINERATION OF HIGHLY HUMID, PRIORLY VEGETABLE WASTE FUELS AND INCINERATOR FOR CARRYING OUT THE PROCESS
WO2010096026A2 (en) Full automatic smokeless coal burner adjustable for coal type
KR20150118328A (en) Burner for biomass
CN201724256U (en) Environment-friendly biomass energy particle burning furnace with easy discharging of fuel black dirt
EP2860468B1 (en) Heating boiler
AT6972U1 (en) SMALL COMBUSTION PLANT OR OVEN FOR GIANT FUELS, IN PARTICULAR WOOD PELLETS, WITH AUTOMATIC COMBUSTION CHAMBER DISCHARGING
EP2292975A2 (en) Draught inducing apparatus for wood firing apparatus
DE3529615C2 (en)
AT506615A1 (en) DEVICE FOR BURNING BIOMASS, ESPECIALLY ON CELLULOSE BASE
EP2787280A1 (en) Device and method for the combustion of free-flowing solid fuel
RU2445550C1 (en) Heating device
EP0445437B1 (en) Burner arrangement
DE3927378C2 (en)
DE2934721A1 (en) Solid, liquid or gas fired water boiler - has fuel grate and adjacent refractory insert with secondary air supply below combustion chamber
CN206682953U (en) A kind of waste incinerator furnace wall cooling air system
DE102019114571B4 (en) Combustion optimization device for reducing emissions in flue gas, wood-burning oven with a combustion optimization device and its use

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09764435

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2009764435

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13143045

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2746826

Country of ref document: CA