Brenner für die Verbrennung von festem Brennstoff
Die Erfindung betrifft einen Brenner für die Verbrennung von festem Brennstoff, insbesondere Biomasse, mit einem Brennrohr, mit einer Brennstelle, mit einer Zufuhreinrichtung zur Förderung des Brennstoffs zur Brennstelle und mit einer Primär-Luftzufuhreinrichtung. Daneben betrifft die Erfindung noch ein Heizungssystem mit einem Brenner für die Verbrennung von festem Brennstoff. Zur Erzeugung von Wärmeenergie werden regelmäßig brennbare Stoffe verbrannt, um die dabei gewonnene thermische Energie zur Erwärmung von Medien zu nutzen. Die Erwärmung erfolgt dabei mit Hilfe eines Wärmetauschers, beispielsweise eines Luft- Wasser- Wärmetauschers, bei dem das Wasser durch die beim Verbrennen der Brennstoffe entstehende heiße Luft erwärmt wird. Neben klassischen Brenner oder Heizkesseln, bei denen fossile Brennstoffe wie beispielsweise Erdöl, Erdgas oder Kohle verbrannt werden, gibt es auch Brenner bzw. Heizkessel, bei denen nachwachsende Rohrstoffe, insbesondere Holz in Form von Hackgut und Pellets, als Brennstoffe verwendet werden. Derartige Pellets-Heizkessel, die auch als Stückholzkessel bezeichnet werden, sind mittlerweile in einem sehr großen Leistungsbereich von ca. 5 bis 100 kW erhältlich.
Im Rahmen dieser Erfindung sollen unter dem Begriff "Biomasse" nachwachsende Rohstoffe verstanden werden. Hierzu gehören neben Holz, insbesondere in der Form von Holzspänen, Holzhackschnitzeln oder Holzpellets, und Getreide auch getreideähnliche Stoffe wie Raps oder Stroh, diese dann vorzugsweise in Form von Rapspresskuchen oder Strohpellets, sowie Energiepflanzen wie Miscanthus. Der Begriff "Biomasse" umfasst somit Stoffe organischer Herkunft, d. h. kohlenstoffhaltige Materie.
Beim Betrieb der für Holzpellets vorgesehenen Heizkessel mit Getreide sind eine Reihe von Problemen aufgetreten, so dass bisher ein Betrieb mit der gleichen Qualität wie mit dem bestimmungsgemäßen Brennstoff kaum erzielt werden konnte. Die wesentlichen Probleme liegen dabei in einem schlechteren Wirkungsgrad aufgrund eines schlechteren Ausbrandes des Getreides, einer
erhöhten Emission von Staub, Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoff und Stickoxiden, wodurch die zulässigen Grenzwerte der Heizkessel häufig überschritten werden, und einem erhöhten Aschegehalt, der zu Problemen bei der A- scheaustragung und zu Problemen durch Verschlackung fuhrt.
Ein Heizkessel mit dem unterschiedliche nachwachsende Rohstoffe, insbesondere Holzpellets, Getreide, Rapspresskuchen (in pelletierter Form) oder Strohpellets verbrannt werden können, ist aus der EP 1 288 570 A2 bekannt. Bei dem bekannten Heizkessel ist zusätzlich zur eigentlichen Brennstelle - der ersten Verbrennungsstufe— ein Ausbrand- bzw. Ausglühraum als zweite Verbrennungsstufe vorgesehen, in der die in der ersten Verbrennungsstufe nur teilweise ausgebrannten Brennstoffe, die noch einen Kohlenstoffanteil und damit auch noch einen Energiewert aufweisen, weiter ausbrennen können. Da der Ausbrand- bzw. Ausglühraum unterhalb der als Brennteller ausgebildeten Brennstelle angeordnet ist, kann der Brennstoff einfach dadurch von der ersten Verbrennungsstufe zur zweiten Verbrennungsstufe gelangen, dass der Brennstoff vom Brennteller in den Ausbrand- bzw. Ausglühraum fällt.
Durch die Kapselung der ersten und der zweiten Verbrennungsstufe innerhalb der gemeinsamen Brennkammer wird erreicht, dass die beim Ausbrennen bzw. Ausglühen der Brennstoffe in dem Ausbrand- bzw. Ausglühraum entstehenden Rauchgase, die aufgrund der dort vorherrschenden etwas geringeren Temperaturen schlechtere Abgaswerte aufweisen, den bei der Verbrennung des Brennstoffes in der ersten Verbrennungsstufe entstehenden Rauch- bzw. Brenngasen zugeführt werden und gemeinsam mit diesen innerhalb des Flammrohres in der dort herrschenden großen Hitze ausbrennen, so dass die Abgaswerte des Heizkessels durch die "schlechten" Abgaswerte aus der zweiten Verbrennungsstufe kaum negativ beeinflusst werden. Bei dem bekannten Heizkessel wird somit nicht nur der Wirkungsgrad dadurch erhöht, dass der Energiewert der Brennstoffe nahezu vollständig ausgenutzt wird, sondern es werden zusätzlich die eigentlichen damit verbundenen "schlechteren" Rauchgase dadurch zum großen Teil unschädlich gemacht, dass diese Rauchgase durch die extrem heiße erste Verbrennungsstufe geleitet werden und dort weiter ausbrennen.
Eine Weiterentwicklung dieses Heizkessels ist in der DE 10 2007 054 Al beschrieben. Bei diesem Heizkessel können die Emissionswerte weiter verbessert, insbesondere der Anteil an Stickoxiden weiter reduziert werden, dass die Primär-Luftzufuhreinrichtung derart ausgebildet und angeordnet ist, dass zum einen Luft in die erste Verbrennungszone eingeblasen werden kann, zum anderen die beim Ausbrennen bzw. Ausglühen der Brennstoffe im Ausbrandbzw. Ausglühraum entstehenden Rauchgase im wesentlichen an der Primär- Luftzufuhreinrichtung sowie an der Brennstelle vorbei geleitet werden, so dass die Rauchgase der zweiten Verbrennungsstufe die Verbrennung des Brennstoffes auf der Brennstelle nicht negativ beeinflussen.
Mit diesen Heizkesseln können zwar auch bei Verwendung von unterschiedlichen Biomassen als Brennstoff, insbesondere von Getreide, Rapspresskuchen oder Strohpellets die geforderten Emissionswerte eingehalten werden, der Leistungsbereich dieser Heizkessel ist jedoch auf ca. 50 kW beschränkt, so dass der Einsatz der Heizkessel in erster Linie auf den privaten oder landwirtschaftlichen Bereich beschränkt ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgrabe zugrunde, einen Brenner für die Verbrennung von festen Brennstoffen, insbesondere von Biomasse, sowie ein Heizungssystem mit einem Brenner und mit zumindest einem Heizkessel zur Erzeugung von Wärmeenergie durch Verbrennung von Biomasse zur Verfügung zu stellen, mit dem größere Leistungen erreichbar sind, so dass der Brenner bzw. das Heizungssystem auch für größere Einrichtungen, bei- spielsweise Nahwärmeversorgungsnetze oder öffentliche Schwimmbäder eingesetzt werden kann.
Diese Aufgabe ist bei dem eingangs beschriebenen Brenner dadurch gelöst, dass das Brennrohr im Grundzustand im Wesentlichen waagerecht angeordnet ist und aus Keramik besteht, wobei die Zuführeinrichtung auf der der offenen Seite des Brennrohres bzw. des Brenners gegenüberliegenden Seite in das Brennrohr hineinragt, und dass eine Antriebsvorrichtung zur drehenden Bewegung des Brennrohres um seine Längsachse vorgesehen ist. Mittels der Antriebsvorrichtung ist das waagerecht angeordnete Brennrohr derart drehbar, dass der von der Zuführeinrichtung in das Brennrohr geförderte Brennstoff
durch die Drehung des Brennrohres sowohl umgewälzt als auch in Richtung der offenen Seite des Brennrohres bewegt wird.
Im Unterschied zu dem beispielsweise aus der DE 10 2007 054 114 Al be- kannten Heizkessel, dessen Kesselwand senkrecht angeordnet ist und bei dem die Brennstelle von einem innerhalb der eigentlichen Brennkammer angeordneten, ruhenden Brennteller gebildet wird, dient bei dem erfindungsgemäßen Brenner das im Wesentlichen waagerecht angeordnete, sich drehende Brennrohr als Brennstelle. Durch eine entsprechende Dimensionierung des Brenn- rohres wird ein entsprechend großer Brennraum gebildet, wodurch die Leistung erhöht werden kann.
Da das Brennrohr von der Antriebsvorrichtung um seine Längsachse gedreht wird, wird der Brennstoff allein durch die Drehung des Brennrohres sowohl umgewälzt als auch in Richtung der offenen Seite des Brennrohres bewegt. Das Umwälzen des Brennstoffes fördert dabei dessen Vergasung, was zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades führt. Darüber hinaus kann auf mechanische Bauteile im Bereich der Brennstelle zum Durchrühren sowie zum Austragen des Brennstoffes verzichtet werden, da beide Bewegungen des Brennstoffes automatisch durch die Drehung des Brennrohres erfolgen. Da im Bereich der Brennstelle angeordnete mechanische Bauteile, wie Bewegungselementen oder Schubrosten, aufgrund der dort herrschenden hohen Temperaturen sehr verschleißanfällig sind, ist der Verschleiß beim erfindungsgemäße Brenner, bei dem auf derartige mechanische Bauteile verzichtet werden kann, wesent- lieh geringer.
Der Verringerung des Verschleißes dient auch die Ausbildung des Brennrohres aus Keramik, da Keramik zum einen sehr hitzebeständig ist, zum anderen die Eigenschaft aufweist, sich selber zu reinigen, so dass es nicht oder nur in sehr geringem Maße zu Anbackungen und Ablagerungen am Brennrohr kommt. Da derartige Anbackungen unter anderem zu Störungen, Betriebsunterbrechungen und Veränderungen bei der Verbrennungsluftzufuhr führen können, werden bei bekannten Brennern bzw. Heizkesseln aufwendige und damit kostenintensive Zusatzeinrichtungen wie beispielsweise wassergekühlte Rostsysteme oder Brennmulden als Brennstellen zur Vermeidung von Anba-
ckungen verwendet. Auch auf diese konstruktiven Zusatzmaßnahmen kann bei dem erfindungsgemäßen "Drehrohrbrenner" verzichtet werden.
Darüber hinaus hat die Verwendung von Keramik für das Brennrohr den Vor- teil, dass die an der Brennstelle durch die Verbrennung des Brennstoffes auftretende Temperatur einerseits von der Keramik aufgenommen wird, andererseits die Temperatur von der Keramik jedoch auch an die innerhalb des Brennrohres befindliche Luft sowie den Brennstoff abgegeben wird, so dass innerhalb des Brennrohres insgesamt eine hohe und relativ gleichmäßige Temperatur erreicht wird, die zu einer guten Vergasung des Brennstoffes führt.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Brenners ist das keramische Brennrohr von einem Stahlmantel umgeben, wobei das Brennrohr und der Stahlmantel drehfest miteinander verbunden sind, so dass sich mit dem Brennrohr auch der Stahlmantel um seine Längsachse dreht. Der Stahlmantel dient dabei insbesondere zur Erhöhung der Stabilität des keramischen Brennrohres. Vorteilhafterweise ist darüber hinaus das keramische Brennrohr bzw. der Stahlmantel von einem doppelwandigen Zylinder umge- ben, der von einer Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, durchflössen ist, so dass durch den doppelwandigen Zylinder die von dem Brenner insgesamt an die Umgebung abgegebene Temperatur begrenzt wird. Das Brennrohr bzw. das Brennrohr und der Stahlmantel sind dabei relativ zum Zylinder drehbar angeordnet, so dass der doppelwandige, von der Flüssigkeit durchflossene Zylinder ortfest ausgebildet ist.
Vorteilhafterweise weist die Antriebsvorrichtung zur Drehung des Brennrohres neben einem Motor eine Antriebswelle und eine - nicht angetriebene - Stützachse auf. Zur Übertragung der Drehbewegung der Antriebswelle auf das Brennrohr bzw. den das Brennrohr umgebenden Stahlmantel weist die Antriebswelle mindestens zwei Antriebsräder und die parallel dazu angeordnete Stützachse mindestens zwei Stützräder auf. Vorzugsweise sind darüber hinaus an dem Brennrohr bzw. an dem Stahlmantel mindestens zwei Laufringe befestigt. Zur axialen Führung der Laufringe und damit des Brennrohrs bzw. des Stahlmantels weisen die Antriebsräder und vorzugsweise auch die Stützräder jeweils eine U- förmige Felge auf, deren Abmessungen auf die Breite der
Laufringe abgestimmt ist. Anstelle der Ausbildung der Felgen an den Antriebsrädern und den Stützrädern ist es grundsätzlich auch möglich, dass die Laufringe entsprechende Nuten aufweisen, in denen die Antriebsräder und die Stützräder geführt sind. Der Motor zur Drehung der Antriebswelle und damit auch zur Drehung des Brennrohres kann je nach Art des verwendeten Brennstoffes im Dauerbetrieb oder getaktet betrieben werden.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsvariante sind die Antriebswelle und die Stützachse derart angeordnet und ausgebildet, dass das freie Ende der Antriebswelle und das korrespondierende Ende der Stützachse wahlweise anhebbar oder absenkbar ist, so dass die offene Seite des Brennrohres relativ zur gegenüberliegenden Seite, an der der Brennstoff über die Zuführeinrichtung in das Brennrohr gelangt, angehoben oder abgesenkt werden kann. Das Brennrohr kann dadurch - in Förderrichtung des Brennstoffes ge- sehen - in eine ansteigende oder abfallende Position gebracht werden. Dadurch kann bei ansonsten unveränderter Drehzahl der Antriebswelle die Verweilzeit des Brennstoffes innerhalb des Brennrohres verändert werden; ein Ansteigen des Brennrohres führt dabei zu einer längeren Verweildauer, ein Absenken zu einer kürzeren Verweildauer des Brennstoffes innerhalb des Brennrohres.
Durch das zuvor beschriebene Anheben oder Absenken des offenen Endes des Brennrohres kann der Brenner für unterschiedliche Brennstoffe optimiert werden. Bei Brennstoffen mit einer erhöhten Feuchtigkeit kann dadurch die Ver- weilzeit des Brennstoffes innerhalb des Brennrohres erhöht werden, so dass die Feuchtigkeit vor der eigentlichen Vergasung bzw. Verbrennung des Brennstoffes besser entweichen kann. Bei Brennstoffen mit einem niedrigeren Erweichungspunkt der Asche kann dagegen durch ein Absenken der offenen Seite des Brennrohres der Vorschub des Brennstoffes erhöht und damit dessen Verweildauer innerhalb der Brennkammer verringert werden, so dass es nicht zu einer Verschlackung bzw. zu einem Verkleben des Brennstoffes innerhalb der Brennkammer kommt. Je nach Neigungswinkel und Drehzahl des Brennrohres kann somit genau festgelegt werden, wann der entgaste Kohlenstoff aus dem Brennrohr herausgefördert wird.
Eingangs ist ausgeführt worden, dass das Brennrohr im Grundzustand im Wesentlichen waagerecht angeordnet ist. Hierbei ist mit "Grundzustand" der Zustand gemeint, bei dem die offene Seite des Brennrohres nicht - wie zuvor beschrieben - relativ zur gegenüberliegenden Seite angehoben oder abgesenkt ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Primär-Luftzufuhreinrichtung einen innerhalb des keramischen Brennrohres angeordneten Hohlkörper mit mehreren Primär-Luftdüsen auf, durch die Luft in Richtung der Brennstelle in die Verbrennungszone eingeblasen werden kann. Die Verbrennung von Biomasse umfasst eine Reihe verschiedener physikalischer und chemischer Prozesse, von der Trocknung über die Vergasung durch partielle Luftzufuhr bis hin zur anschließenden Oxidation von brennbaren Gasen und festem Kohlenstoff. Um den Prozess der Entgasung nicht nur in Gang zu halten sondern möglichst auch in der Leistung zu steuern ist es grundsätzlich bekannt, der Brennstelle Luftsauerstoff als so genannte "Primär- Luft" zuzuführen. Dadurch, dass die Primär-Luftzufuhreinrichtung einen innerhalb des keramischen Brennrohres angeordneten Hohlkörper aufweist, wird die von außen zugeführte Verbrennungsluft auf ihrem Weg von einem Gebläse zu den Primär-Luftdüsen durch die in dem Brennrohr bestehende Hitze erwärmt, was sich sowohl positiv beim Zünden des Brennstoffes als auch bei der Vergasung auswirkt.
Darüber hinaus wird durch die Ausbildung eines großflächigen Hohlkörpers die Möglichkeit geschaffen, eine Mehrzahl von Primär-Luftdüsen vorzusehen. Gemäß einer Ausgestaltung ist der Hohlkörper auf der der offenen Seite des Brennrohres gegenüber liegenden Stirnseite innerhalb des Brennrohres angeordnet, d. h. auf der Seite, auf der die Zuführeinrichtung in das Brennrohr hineinragt. Der Hohlkörper ist dabei vorzugsweise so ausgebildet und angeord- net, dass die Zuführeinrichtung durch den Hohlkörper ins Innere des Brennrohres geführt ist.
Vorzugsweise sind dabei die Primär-Luftdüsen so angeordnet und ausgerichtet, dass die Primär-Luft unter verschiedenen Winkeln in Richtung der Brenn- stelle in die Verbrennungszone eingeblasen wird. Dadurch ist eine gleichmäßige und großflächige Zufuhr der Verbrennungsluft zur Brennstelle gewähr-
leistet. Da sich der Brennstoff aufgrund der Drehung des Brennrohres aus dem unteren Scheitelpunkt des Brennrohres herausbewegt, sind vorzugsweise auch die Primär-Luftdüsen in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Brennrohres so ausgerichtet, dass der durchgerührte bzw. umgewälzte Brennstoff mög- liehst gleichmäßig mit Primärluft versorgt wird. Dazu ist gemäß einer weiteren Ausbildung vorgesehen, dass die Primär-Luftdüsen derart ausgerichtet sind, dass durch sie Luft unter einem Winkel größer 45° zur Waagerechten in Richtung des sich in der Brennstelle befindenden Brennstoffes geblasen werden kann.
Um eine möglichst vollständige Oxidation der freigesetzten gasförmigen Bestandteile zu erreichen und damit die Verbrennung zu optimieren ist darüber hinaus eine Sekundär-Luftzufuhreinrichtung vorgesehen, die ein Sekundär- Luftzufuhrrohr und mindestens eine ins Innere des keramischen Brennrohres ragende Sekundär-Luftdüse aufweist, durch die "Sekundärluft" in die Flamme des verbrennenden Brennstoffes geblasen wird. Das Sekundär-Luftzufuhrrohr ist dabei vorzugsweise durch den Hohlkörper der Primär-Luftzufuhrein- richtung gefuhrt, so dass auch die Sekundär-Luftdüsen auf der der offenen Seite gegenüber liegenden Seite in das Brennrohr hineinragen.
Darüber hinaus ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass die Sekundär-Luftzufuhreinrichtung ein zweites Sekundär-Luftzufuhrrohr aufweist, dass außen am keramischen Brennrohr bzw. am doppelwandigen Zylinder derart vorbeigeführt ist, dass das Ende des zweiten Sekundär-Luftzu- fuhrrohres von der offenen Seite in das Brennrohr hineinragt. Dadurch ist sichergestellt, dass sich über die gesamte Länge des Brennrohres ausreichend Luftsauerstoff innerhalb des Brennrohres befindet, wodurch die Vergasung der flüchtigen Bestandteile des Brennstoffes verbessert werden kann. Bei einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Brenners ist der Hohlkörper der Primär-Luftzufuhreinrichtung nicht an der Stirnseite des Brennrohres angeordnet, sondern er erstreckt sich in Längsrichtung des Brennrohres. Vorzugsweise erstreckt sich der Hohlkörper dabei im Wesentlichen über die gesamte Länge des Brennrohres, so dass auf die Anordnung ei- ner Sekundär-Luftzufuhreinrichtung im Brennrohr verzichtet werden kann, da bereits durch die Primär-Luftdüsen sichergestellt werden kann, dass sich über
die gesamte Länge des Brennrohres ausreichend Luftsauerstoff innerhalb des Brennrohres befindet.
Der Hohlkörper ist dabei ortsfest oberhalb der Mittelachse des Brennrohres angeordnet ist, so dass das Brennrohr relativ zum Hohlkörper drehbar ist. Durch die Drehung des Brennrohres wandert der Brennstoff an der inneren Wandung des Brennrohres solange in Drehrichtung aus dem unteren Scheitel des Brennrohres nach oben, bis der Brennstoff durch die Schwerkraft wieder nach unten fällt. Der Brennstoff vollzieht somit eine wellenartige Bewegung in Drehrichtung des Brennrohres und gleichzeitig eine Bewegung in Richtung des offenen Endes des Brennrohres. Durch die Anordnung des Hohlkörpers oberhalb der Mittelachse des Brennrohres ist sichergestellt, dass der Hohlkörper und insbesondere dessen Luftdüsen mit dem durch die Drehung des Brennrohres umgewälzten Brennstoff nicht in Berührung kommen, so dass es nicht zu einer Verstopfung der Luftdüsen kommt.
Gemäß einer bevorzugten Variante dieser Ausgestaltung sind der Hohlkörper und die Primär-Luftdüsen derart außermittig im Brennrohr angeordnet und ausgerichtet, dass mindestens die Hälfte des durch die Drehung des Brennroh- res umgewälzten und aus dem unteren Scheitel des Brennrohres herausbewegten Brennstoffs mit Luft versorgt wird. Die Luftdüsen in dem Hohlkörper sind dabei vorzugsweise so angeordnet, dass die Luft im Wesentlichen senkrecht auf den sich in der Brennstelle befindlichen Brennstoff geblasen wird. Hierbei ist die Anordnung des Hohlkörpers im Brennrohr somit abhängig von der Drehrichtung des Brennrohres; der Hohlkörper ist immer entgegen der Drehrichtung versetzt zur Mitte im Brennrohr angeordnet. Durch die Anordnung der Primär-Luftdüsen außermittig im Brennrohr entsteht im Brennrohr eine Rotationsbewegung der Brenngase, die zu einer vorteilhaften Verbrennung der Brenngase führt.
Grundsätzlich besteht zwar die Möglichkeit, dass die Primär-Luftzufuhrein- richtung und die Sekundär-Luftzufuhreinrichtung an ein gemeinsames Gebläse angeschlossen sind, vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, dass die Primär- Luftzufuhreinrichtung und die Sekundär-Luftzufuhreinrichtung jeweils an ein eigenes Gebläse angeschlossen sind. Dadurch besteht die Möglichkeit, dass die Menge und/oder der Druck der Luft, die durch die Primär-Luftdüsen auf
den Brennstoff in der Brennstelle bzw. durch die Sekundär-Luftdüsen und das zweite Sekundär-Luftzufuhrrohr in die Flamme geblasen wird, unabhängig voneinander eingestellt werden können. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn ein Messfühler vorgesehen ist, der mindestens einen Abgaswert des Brenners, insbesondere den Restsauerstoffgehalt misst, wobei dann in Abhängigkeit vom gemessenen Abgaswert die Menge und/oder der Druck der Luft durch die Primär-Luftzufuhreinrichtung und/oder durch die Sekundär-Luftzufuhreinrichtung eingestellt oder geregelt werden.
Das erfindungsgemäße Heizungssystem besteht aus dem erfindungsgemäßen Brenner und zumindest einem Heizkessel, wobei der Heizkessel an die offene Seite des Brenners bzw. des Brennrohres angrenzt. Bezüglich der Vorteile ei- nes derartigen Heizungssystems wird zunächst auf die zuvor beschriebenen Vorteile des erfindungsgemäßen Brenners verwiesen. Das Heizungssystem zeichnet sich darüber hinaus dadurch aus, dass es modular aufgebaut ist. Je nach gewünschtem Verwendungszweck, insbesondere in Abhängigkeit von der mit dem Heizungssystem erzielbaren Leistung und des verwendeten Brennstoffes, kann der erfindungsgemäße Brenner mit unterschiedlichen Heizkesseln kombiniert werden.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Heizungssystems weist der Heizkessel ein Kesselunterteil und ein Kesseloberteil auf, wobei im Kesselunterteil ein Ausbrand- bzw. Ausglühraum als zweite Verbrennungsstufe angeordnet ist und die offene Seite des Brennrohres in das Kesselunterteil hineinragt, so dass der aus dem Brennrohr heraus transportierte feste Kohlenstoff in den Ausbrand- bzw. Ausglühraum gelangt und dort weiter ausbrennt bzw. ausglüht. Das Kesseloberteil weist zumindest eine Kesselwand, einen Kesselde- ekel und ein innerhalb der Kesselwand angeordnetes Flammenrohr auf, wobei die im Ausbrand- bzw. Ausglühraum entstehenden Rauchgase zusammen mit den aus dem Brennrohr aufsteigenden Rauchgasen im Flammenrohr ausbrennen. Bei einer derartigen Ausgestaltung des Heizkessels weist das Heizungssystem somit neben der im Brenner realisierten ersten Verbrennungsstufe eine im Kesselunterteil des Heizkessels ausgebildete zweite Verbrennungsstufe auf, in der die in der ersten Verbrennungsstufe nur teilweise ausgebrannten
Brennstoffe, die noch einen Kohlenstoffanteil und damit auch noch einen Energiewert aufweisen, weiter ausbrennen können.
Bei dem Heizsystem wird die zu verbrennende Biomasse in flüchtige Bestand- teile einerseits und festen Kohlenstoff andererseits aufgespalten, wobei der feste Kohlenstoff nicht im Brennrohr sondern im Ausbrand- bzw. Ausglühraum des Heizkessels ausbrennt. Eine derartige Ausgestaltung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn als Biomasse ein Brennstoff verwendet wird, der einen relativ niedrigen Ascheerweichungspunkt aufweist, wie dies in der Regel bei Getreide und Stroh der Fall ist. Dadurch, dass der feste Kohlenstoff nicht in dem sehr heißen Brennrohr, sondern in dem eine niedrigere Temperatur aufweisenden Ausbrand- und Ausglühraum weiter ausbrennt, wird eine Verschlackung des festen Kohlenstoffes verhindert. Insbesondere bei der Ausgestaltung des Brenners, bei der sich der Hohlkörper der Primär-Luftzufuhreinrichtung in Längsrichtung des Brennrohres erstreckt, ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Heizungssystems eine Sekun- där-Luftzufuhreinrichtung im Heizkessel vorgesehen ist. Die Sekundär- Luftzufuhreinrichtung weist ein Sekundär-Luftzufuhrrohr und einen im Über- gangsbereich zwischen dem Kesselunterteil und dem Kesseloberteil angeordneten Hohlkörper auf. Der Hohlkörper ist dabei unmittelbar angrenzend oder mit etwas Abstand unterhalb des Flammenrohrs angeordnet ist, so dass Se- kundär-Luft in die aus den Brennrohr und die aus dem Ausbrand- bzw. Ausglühraum aufsteigenden Rauchgase geblasen werden kann, die gemeinsam im Flammenrohr ausbrennen. Dadurch können die Rauchgase optimal im Flammenrohr ausbrennen.
Vorzugsweise ist dabei der Hohlkörper der Sekundär-Luftzufuhreinrichtung als Rohrring mit mehren Luftdüsen ausgebildet ist, durch die Luft in die Rauchgase geblasen wird. Dadurch kann eine sehr gute und gleichmäßige Durchmischung der Rauchgase mit der Sekundär-Luft erreicht werden. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Luftdüsen tangential ausgerichtet, wodurch das Gasgemisch in eine rotierende Bewegung versetzt wird, was zu einer vorteilhaften Verlängerung des Verbrennungsweges im Flammenrohr führt.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung ist der Heizkessel von einem vorzugsweise mehrzügigen Wärmetauscher umgeben, der dann die eigentliche Außenwand des Heizkessels bzw. des Kesseloberteils des Heizkessels darstellt. Der Wärmetauscher ist dabei bevorzugt mit Teflon oder einem anderen hitzebeständigen Material beschichtet. Vorzugsweise weist dabei der Heizkessel und/oder der Wärmetauscher mindestens einen Zug auf, in dem die Rauchgase abwärts strömen, so dass es zu einer Beruhigung der Rauchgase und insbesondere von in den Rauchgasen enthaltenen Staubpartikeln kommen kann. Außerhalb des Flammenrohres ist dann mindestens ein Abscheideraum vorgesehen, in den die Staubpartikel absinken können.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist das Heizungssystem zusätzlich ein zweites Kesselunterteil auf, das an das Kesselunterteil des Heizkessels angrenzt. Der feste Kohlenstoff wird dabei durch den Ausbrand- bzw. Ausglüh- räum des ersten Kesselunterteils in einen im zweiten Kesselunterteil ausgebildeten zweiten Ausbrand- bzw. Ausglühraum transportiert, so dass der feste Kohlenstoff dort weiter ausbrennen bzw. ausglühen kann. Der zweite Ausbrand- bzw. Ausglühraum im zweiten Kesselunterteil ist derart angeordnet und ausgebildet, dass auch die dort entstehenden Rauchgase, zusammen mit den aus dem Brennrohr aufsteigenden Rauchgasen und den Rauchgasen aus dem ersten Ausbrand- bzw. Ausglühraum, im Flammenrohr ausbrennen.
Weist das erfindungsgemäße Heizungssystem ein zweites Kesselunterteil auf, so kann vorteilhafter weise ein separater Wärmetauscher vorgesehen sein, der auf dem zweiten Kesselunterteil angeordnet und derart mit dem Kesseloberteil des Heizkessels verbunden ist, dass die im Flammenrohr ausbrennenden Rauchgase durch die Züge des Wärmetauschers geleitet werden. Durch die Verwendung eines separaten Wärmetauschers kann die mit dem erfindungsgemäßen Heizungssystem erreichbare Leistung weiter erhöht werden. Durch den modulartigen Aufbau des Heizungssystems besteht dabei die Möglichkeit, für unterschiedliche Leistungen unterschiedliche Wärmetauscher mit dem zweiten Kesselunterteil zu verbinden.
Im Einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, den erfindungs- gemäßen Brenner bzw. das erfindungsgemäße Heizsystem auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen sowohl auf die den Patentansprüchen 1
und 14 nachgeordneten Patentansprüche, als auch auf die Beschreibung bevorzugter Ausfuhrungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen
Brenners,
Fig. 2 eine Skizze des inneren Aufbaus des erfindungsgemäßen Brenners, in Schnittdarstellung,
Fig. 3 eine Skizze des Aufbaus des Brenners gemäß Fig. 2, mit Antriebswelle und Sekundär-Luftzufuhreinrichtung,
Fig. 4 eine Skizze der Antriebsvorrichtung des erfindungsgemäßen
Brenners,
Fig. 5 eine Skizze des Aufbaus des Brenners im Querschnitt, mit einer alternativen Ausgestaltung der Primär-Luftzufuhreinrichtung, Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Heizungssystems mit Brenner, Heizkessel und separatem Wärmetauscher, im Längsschnitt,
Fig. 7 eine perspektivische Darstellung des Heizsystems gemäß Fig. 6, und
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Variante des Heizungssystems mit Brenner, Heizkessel und separatem Wärmetauscher, im Längsschnitt. Die Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Brenners 1 für die Verbrennung von festem Brennstoff 2, insbesondere von pelletierter und gehexelter Biomasse, beispielsweise Holz, Getreide oder getreideähnlichen Stoffen wie Stroh oder Raps. Der Brenner 1 weist zunächst ein Brennrohr 3 auf, das aus Keramik besteht und im in Fig. 1 dargestellten Grundzustand waagerecht angeordnet ist. Die Innenwand des Brennrohres 3 bildet dabei die Brennstelle für den mit einer Zuführeinrichtung 4 ins Innere
des Brennrohres 3 geforderten Brennstoff 2. Zur Förderung des Brennstoffes 2 aus einem - hier nicht dargestellten - Vorratsbehälter weist die Zuführeinrichtung 4 eine Förderschnecke 5 auf. Um den Prozess der Endgasung des mittels einer - hier nicht dargestellten - Zündeinrichtung gezündeten Brennstoffes 2 in Gang zu halten und in der Leistung zu steuern, ist eine Primär-Luftzufuhreinrichtung 6 vorgesehen, deren Aufbau für ein erstes Ausführungsbeispiel nachfolgend im Zusammenhang mit den Fig. 2 und 3 und für ein zweites Ausführungsbeispiel im Zu- sammenhang mit Fig. 5 genauer beschrieben wird.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ragt die Zufuhreinrichtung 4 auf der der offenen Seite 7 des Brennrohres 3 bzw. des Brenner 1 gegenüberliegenden Seite 8 in das Brennrohr 3 hinein. Der Brennstoff 2 wird somit von der Förderschnecke 5 in die - in Fig. 1 links dargestellte - Seite 8 des Brennrohres gefördert. Da der Brenner 1 eine - separat in Fig. 4 dargestellte - Antriebsvorrichtung 9 zur Drehung des Brennrohres 3 um seine Längsachse aufweist, wird der von der Förderschnecke 5 in das sich das drehende Brennrohr 3 transportierte Brennstoff 2 durch die Drehung des Brennrohres 3 sowohl umgewälzt als auch in Richtung der - in Fig. 1 rechts dargestellten - offenen Seite 7 des Brennrohres bewegt. Sowohl die die Vergasung fördernde Umwälzung des Brennstoffes 2, als auch der Transport des ausbrennenden Brennstoffes 2 in Richtung der offenen Seite 7 des Brennrohres 3 und aus dem Brennrohr 3 heraus, erfolgt alleine durch die Drehung des Brennrohres 3. Auf die Anordnung mechanischer Bauteile zur Umwälzung und Förderung des Brennstoffes 2 innerhalb des Brennrohrs 3 kann somit verzichtet werden.
Insbesondere aus Fig. 2 und 3 ist ersichtlich, dass das keramische Brennrohr 3 von einem Stahlmantel 10 umgeben ist, der drehfest mit dem Brennrohr 3 verbunden ist. Die Baueinheit aus Brennrohr 3 und Stahlmantel 10 ist darüber hinaus - mit radialem Abstand - von einem doppelwandigen Zylinder 11 umgeben, der von einer Flüssigkeit durchströmt wird, wodurch die Wärmeab- strahlung des Brenners 1 an die Umgebung reduziert wird. Die in Fig. 4 separat dargestellte Antriebsvorrichtung 9 weist neben einem Motor 12 eine Antriebswelle 13 und eine parallel dazu angeordnete Stützachse
14 auf. Zur Übertragung der Drehung der Antriebswelle 13 auf das Brennrohr 3 bzw. den das Brennrohr 3 fest umgebenden Stahlmantel 10 sind an dem Stahlmantel 10 zwei Laufringe 15 angeordnet, die auf den beiden mit der Antriebswelle 13 verbundenen Antriebsrädern 16 und den beiden Stützrädern 17 der Stützachse 14 aufliegen. Zur axialen Führung der Laufringe 15 und damit auch des Stahlmantels 10 sowie des Brennrohres 3 weisen die Antriebsräder 16 und die Stützräder 17 jeweils U-förmige Felgen 18 auf, in denen die Laufringe 15 geführt werden. In Fig. 1 ist durch zwei Striche, die zueinander einen Winkel α bilden, angedeutet, dass die Antriebswelle 13 und die Stützachse 14 um ihren waagerechte Grundzustand so ausgelenkt werden können, dass das freie Ende der Antriebswelle 13 und das korrespondierende Ende der Stützachse 14 wahlweise angehoben oder abgesenkt werden können. Dadurch kann auch die offene Sei- te 7 des Brennrohres 3 relativ zur gegenüberliegenden Seite 8, an der der Brennstoff 2 über die Zuführeinrichtung 4 in das Brennrohr 3 gelangt, angehoben oder abgesenkt werden kann, was in Fig. 1 durch den Pfeil A angedeutet ist. Das Brennrohr 3 kann dadurch - in Förderrichtung des Brennstoffes 2 gesehen - in eine ansteigende oder abfallende Position gebracht werden, wo- durch die Verweilzeit des Brennstoffes 2 innerhalb des Brennrohres 3 verändert werden kann. Bei einem Ansteigen des Brennrohres 3 verlängert sich die Verweildauer, während sich die Verweildauer des Brennstoffes 2 innerhalb des Brennrohres 3 bei einem Absenken des Brennrohres 3 verkürzt. Sowohl die Antriebswelle 13 als auch die Stützachse 14 ist über Lager 19 an dem doppelwandigen Zylinder 11 befestigt, so dass die Lager 19 in vorteilhafter Weise durch den mit Wasser durchströmten doppelwandigen Zylinder 1 1 gekühlt werden. Damit die innerhalb des Zylinders 11 angeordneten Laufringe
15 mit den Antriebsrädern 16 und den Stützrädern 17 zusammenwirken kön- nen, sind an der Unterseite des Zylinders 11 vier Öffnungen 20 vorgesehen, durch die die Antriebsräder 16 und die Stützräder 17 ins Innere des Zylinders 11 ragen.
Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, weist die Primär-Luftzufuhrein- richtung 6 einen innerhalb des keramischen Brennrohres 3, an der zweiten
Seite 8 angeordneten Hohlkörper 21 auf, an dem eine Mehrzahl von Vorzugs-
weise beweglichen Primär-Luftdüsen 22 angeordnet ist, durch die - in Fig. 1 als Pfeile 23 dargestellte - Primär-Luft in verschiedenen Winkeln auf den brennenden Brennstoff 2 und damit in die Verbrennungszone eingeblasen werden kann. Die Primär-Luftzufuhreinrichtung 6 weist darüber hinaus ein Gebläse 24 auf, das an einem zweiten, außerhalb des Brennrohres 3 angeordneten Hohlkörper 25 angeschlossen ist, der über einen Kanal 26 mit dem ersten Hohlkörper 21 verbunden ist. In dem zweiten Hohlkörper 25, an dem das Gebläse 24 angeschlossen ist, kann ein Luftdruck aufgebaut werden, so dass die Primär-Luft 23 unter einem vorgegebenen Druck durch die Primär- Luftdüsen 22 in die Verbrennungszone eingeblasen werden kann.
Bei dem Ausfuhrungsbeispiel gemäß Fig. 5 weist die Primär-Luftzufuhreinrichtung 6 ebenfalls einen innerhalb des keramischen Brennrohres 3 angeordneten Hohlkörper 21 mit mehreren Primär-Luftdüsen 22 auf, durch die Pri- mär-Luft auf den brennenden Brennstoff 2 geblasen wird. Bei dieser Variante ist der Hohlkörper 21 jedoch nicht an der geschlossenen Stirnseite 8 des Brennrohres 3 angeordnet, sondern er erstreckt sich in Längsrichtung des Brennrohres 3, vorzugsweise über die gesamte Länge des Brennrohres 3. Der Hohlkörper 21 ist oberhalb und außermittig der Mittelachse des Brennrohres 3 angeordnet ist, so dass der Hohlkörper 21 und insbesondere die Primär- Luftdüsen 22 nicht mit dem durch die Drehung des Brennrohres 3 umgewälzten Brennstoff 2 in Berührung kommen.
Durch die Drehung des Brennrohres 3 wandert der Brennstoff 2 an der inneren Wandung des Brennrohres 3 solange in der mit einem Pfeil D angezeigten Drehrichtung aus dem unteren Scheitel des Brennrohres 3 nach oben, bis der Brennstoff 2 aufgrund der Schwerkraft wieder nach unten fällt. Der Brennstoff 2 vollzieht somit eine wellenartige Bewegung in Drehrichtung D des Brennrohres 2. Dadurch wird der Brennstoff 2 gut durchgemischt und es ge- langt immer wieder frischer Brennstoff 2 nach oben in Richtung der durch die Primär-Luftdüsen 22 eingebrachten Verbrennungsluft. Durch die Drehung des Brennrohres 2 erfährt der Brennstoff 2 gleichzeitig eine Bewegung in Richtung des offenen Endes 7 des Brennrohres 2. Durch die Anordnung des Hohlkörpers 21 oberhalb der Mittelachse des Brennrohres 3 ist sichergestellt, dass der Hohlkörper 21 und insbesondere des-
sen Primär-Luftdüsen 22 mit dem durch die Drehung des Brennrohres 3 umgewälzten Brennstoff 2 nicht in Berührung kommen, so dass es nicht zu einer Verstopfung der Primär-Luftdüsen 22 kommt. Außerdem ist durch die außermittige Anordnung der Primär-Luftdüsen 22 im Brennrohr 3 gewährleistet, dass mindestens die Hälfte des umgewälzten und aus dem unteren Scheitel des Brennrohres 3 herausbewegten Brennstoffs 2 mit Primär-Luft versorgt wird. Wie aus Fig. 5 erkennbar ist, sind die Primär-Luftdüsen 22 in dem Hohlkörper 21 dabei so angeordnet, dass die Luft im Wesentlichen senkrecht auf den sich in der Brennstelle befindlichen Brennstoff 2 geblasen wird. Die Anordnung des Hohlkörpers 21 im Brennrohr 3 muss somit in Abhängigkeit von der Drehrichtung D des Brennrohres 3 gewählt werden. Da sich bei der Ausführung gemäß Fig. 5 das Brennrohr 3 entgegen dem Uhrzeigerrichtung dreht, ist der Hohlkörper 21 in Uhrzeigerrichtung versetzt zur Mitte im Brennrohr 3 angeordnet. Durch die Anordnung der Primär-Luftdüsen 22 außermittig im Brennrohr 3 entsteht eine Rotationsbewegung der Brenngase, die zu einer vorteilhaften Verbrennung der Brenngase führt.
Bei dem in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Brenner 1 ist neben der Primär-Luft- zufuhreinrichtung 6 noch eine Sekundär-Luftzufuhreinrichtung 27 vorgese- hen, die zunächst ein Sekundär-Luftzufuhrrohr 28, mehrere Sekundär-Luft- düsen 29, ein Gebläse 30 sowie einen Hohlkörper 31 als Sekundär- Luftverteiler aufweist. Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, ist das Sekundär-Luftzufuhrrohr 28 sowohl durch den inneren Hohlkörper 21 als auch durch den äußeren, zweiten Hohlkörper 25 der Primär-Luftzufuhreinrichtung 6 geführt. Bei der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausgestaltung des Brenners 1 weist die Sekundär-Luftzufuhreinrichtung 27 darüber hinaus noch ein zweites Sekundär-Luftzufuhrrohr 32 auf, das außen am doppelwandigen Zylinder 11 und damit auch außen am Brennrohr 3 vorbeigeführt ist, wobei das Ende 33 des zweiten Sekundär-Luftzufuhrrohres 32 so abgebogen ist, dass es von der offenen Seite 7 in das Brennrohr 3 hineinragt. Dadurch kann - in Fig. 1 ebenfalls durch Pfeile 34 dargestellte Sekundär-Luft zusätzlich auch von der offenen Seite 7 in die Flammen des verbrennenden Brennstoffes 2 geblasen werden. Wie aus den Fig. 1 bis 3 ersichtlich ist, ist der Brenner 1 auf einer Seite offen, wobei auf dieser Seite das Brennrohr 3 mit seiner offenen Seite 7 etwas aus
dem doppelwandigen Zylinder 11 hinausragt. Das Brennrohr 3 selber ist rohr- förmig ausgebildet, wobei das Brennrohr 3 jedoch auf der der offenen Seite 7 gegenüberliegenden Seite 8 durch einen mit dem Stahlmantel 10 verbundenen Boden 35, in dem eine kreisförmige Öffnung 36 ausgebildet ist, verschlossen ist. Ebenso wie der Stahlmantel 10 weist auch der Zylinder 11 einen Boden 37 mit einer kreisförmigen Öffnung 38 auf. Durch die Öffnungen 36, 38 im Boden 35 des Stahlmantels 10 bzw. im Boden 37 des Zylinders 11 ist der Kanal 26 der Primär-Luftzufuhreinrichtung 6 geführt, wobei an der Innenseite des Bodens 35 der Hohlkörper 21 und an der Außenseite des Bodens 37 der zwei- te Hohlkörper 25 der Primär-Luftzufuhreinrichtung 6 angrenzt, so dass die Seite 8 des Brennrohres 3 durch die Böden 35, 37 sowie die in den Öffnungen 36, 37 der Böden 35, 37 eingesetzte Primär-Luftzufuhreinrichtung 6, insbesondere die beiden Hohlkörper 21, 25 verschlossen ist. Das Ende der Zuführeinrichtung 4 ist innerhalb der Primär-Luftzufuhreinrichtung 6 durch die Öff- nungen 36, 38 geführt, so dass in dem Boden 35 des Stahlmantels 10 bzw. in dem Boden 37 des Zylinders 11 keine weitere Öffnung für die Zuführeinrichtung 4 erforderlich ist.
Die Fig. 6 bis 8 zeigen ein erfindungsgemäßes Heizungssystem 39, bei dem an der offenen Seite 7 des Brennrohres 3 bzw. des Brenners 1 ein Heizkessel 40 angrenzt. Der Heizkessel 40 besteht aus einem einen Ausbrand- bzw. Ausglühraum 41 als zweite Verbrennungs stufe aufweisenden Kesselunterteil 42 und einem eine Kesselwand 43, einen Kesseldeckel 44 und ein Flammenrohr 45 aufweisenden Kesseloberteil 46.
Wie aus den Fig. 6 und 8 ersichtlich ist, ragt die offene Seite 7 des Brennrohres 3 in das Kesselunterteil 42 hinein, so dass der aus dem Brennrohr 3 aufgrund dessen Drehung heraustransportierte feste Kohlenstoff 47 in den Ausbrand- bzw. Ausglühraum 41 gelangt und dort weiter ausbrennen bzw. ausglühen kann. Die im Ausbrand- bzw. Ausglühraum 41 entstehenden Rauchgase gelangen aus dem Kesselunterteil 42 in das Flammenrohr 45 im Kesseloberteil 46, wo sie zusammen mit den aus dem Brennrohr 3 aufsteigenden Rauchgasen ausbrennen. Bei dem in den Fig. 6 und 7 dargestellten Heizungssystem 39 ist die Kesselwand 43 und der Kesseldeckel 44 von einem Wärmetauscher 48 umgeben, der
die eigentliche Außenwand des Heizkessels 40 bildet. Der Wärmetauscher 48 weist mehrere Züge 49a, 49b auf, wobei das Rauchgas zumindest in einem Zug 49a nach unten strömt, so dass sich Staubpartikel, die beim Verbrennen im Flammenrohr 45 mit aufsteigen, beim nachfolgenden Abwärtströmen im Zug 49a beruhigen und in außerhalb des Flammenrohres 45 ausgebildeten Abscheideräumen 50 absinken können.
Das in den Fig. 6 bis 8 dargestellte Heizungssystem 39 weist neben dem zum Heizkessel 40 gehörenden ersten Kesselunterteil 42 noch ein zweites Kessel- unterteil 51 auf, in dem ebenfalls ein Ausbrand- bzw. Ausglühraum 52 ausgebildet ist. Dabei wird der feste Kohlenstoff 47 mit Hilfe geeigneter - nur in Fig. 8 dargestellter - Transportvorrichtungen, beispielsweise mittels eines Schubrostes, durch den Ausbrand- bzw. Ausglühraum 41 des ersten Kesselunterteils 42 in den Ausbrand- bzw. Ausglühraum 52 des zweiten Kesselunter- teils 51 transportiert. Da die Temperatur in den beiden Ausbrand- bzw. Ausglühräumen 41, 52 geringer ist als die Temperatur innerhalb des Brennrohres 3, kommt es innerhalb der Ausbrand- bzw. Ausglühräume 41, 52 nicht zu einer Verschlackung des festen Kohlenstoffs 47, auch wenn als Brennstoff 2 eine Biomasse mit einem niedrigerem Ascherweichungspunkt, beispielsweise Getreide, verwendet wird.
Auf dem zweiten Kesselunterteil 51 ist ein zusätzlicher Wärmetauscher 53 so angeordnet, dass die im Flammenrohr 45 des Heizkessels 40 ausbrennenden Rauchgase, nachdem sie durch die Züge 49a, 49b des ersten Wärmetauschers 48 geströmt sind, durch die Züge 54 des Wärmetauschers 53 geleitet werden. Da innerhalb des Wärmetauschers 53 kein Flammenrohr 45 angeordnet ist, können in dem Wärmetauscher 53 eine Vielzahl von Zügen 54 angeordnet sein, so dass der Wärmetauscher 53 eine entsprechend große Oberfläche aufweist, wodurch ein Heizungssystem 39 mit einer hohen Leistung von mehre- ren 100 KW erreicht werden kann.
Über einen Messfühler 55, der im Abgaskanal 56 des Heizungssystems 39 angeordnet ist, können Abgaswerte des Heizkessels 40 bzw. des Heizungssystems 39, insbesondere der Restsauerstoffgehalt der Rauchgase gemessen wer- den. In Abhängigkeit vom gemessenen Abgaswert kann dann die Menge und/oder der Druck der Luft durch die Primär-Luftzufuhreinrichtung 6, d. h.
die Primär-Luft 23 oder die Luft durch die Sekundär-Luftzufiihreinrichtung 27, d. h. die Sekundär-Luft 34, eingestellt oder geregelt werden.
Das dargestellte Heizungssystem 39 weist schließlich noch ein die Antriebs- Vorrichtung 9 umgebendes Gehäuse 57 auf, durch das auch das zweite Sekun- där-Luftzufuhrrohr 32 geführt wird. Durch das Gehäuse 57 wird dabei neben einem mechanischen Schutz der Antriebsvorrichtung 9 auch eine verbesserte
Dichtigkeit des Brenners 1 erreicht, so dass gewährleistet ist, dass im Betrieb innerhalb des Heizungssystems 39 stets ein Unterdruck vorhanden ist, so dass kein Rauchgas nach außen entweichen kann.
Auf der dem Brenner 1 gegenüberliegenden Seite des Heizungssystems 39 ist ein Staub- und Aschekasten 58 angeordnet, in dem die am Ende des zweiten Ausbrand- bzw. Ausglühraumes 52 sowie die in den Abscheideräumen 50 an- fallende mineralische Asche 59 gesammelt wird.
Bei der Ausfuhrungsvariante des Heizungssystems 39 gemäß Fig. 8, bei der sich der Hohlkörper 21 der Primär-Luftzufuhreinrichtung 6 in Längsrichtung des Brennrohres 3 erstreckt, ist die Sekundär-Luftzufuhreinrichtung 27 nicht im Brenner 1 sondern im Heizkessel 40 vorgesehen. Die Sekundär-Luftzufuhreinrichtung 27 weist ein Sekundär-Luftzuftihrrohr 28 und einen im Übergangsbereich zwischen dem Kesselunterteil 42 und dem Kesseloberteil 46 angeordneten Hohlkörper 31 auf. Der Hohlkörper 31 ist hier mit etwas Abstand unterhalb des Flammenrohrs 45 angeordnet ist, so dass Sekundär-Luft 34 in die aus den Brennrohr 3 und die aus dem Ausbrand- bzw. Ausglühraum 41 aufsteigenden Rauchgase geblasen werden kann, die gemeinsam im Flammenrohr 45 ausbrennen. Durch eine gezielte Einstellung der Menge der Sekundär- Luft 34 können die Rauchgase optimal im Flammenrohr 45 ausbrennen. Der Hohlkörper 31 kann alternativ auch unmittelbar angrenzend, d. h. ohne Ab- stand an die Unterseite des Flammenrohrs 45 angeordnet sein.
Wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, ist der Hohlkörper 31 der Sekundär-Luftzufuhreinrichtung 27 als Rohrring mit mehren Luftdüsen ausgebildet, durch die Sekundär-Luft 34 in die Rauchgase geblasen wird. Die Luftdüsen sind dabei tangential ausgerichtet, wodurch das Gasgemisch in eine rotierende Bewegung versetzt wird, was zu einer vorteilhaften Verlängerung des Verbren-
nungsweges im Flammenrohr 45 führt. Außerdem wird dadurch eine sehr gute und gleichmäßige Durchmischung der Rauchgase mit der Sekundär-Luft 34 erreicht. Im Brennrohr 3 ist hier noch ein Abstreifblech 60 angeordnet, welches mit dafür sorgt, dass durch die Förderschnecke 5 nachgeführter Brennstoff 2 nach vorne, in Richtung des offenen Endes 7 bewegt wird. Außerdem weist das Heizungssystem 39 bei der in Fig. gezeigten Ausführung noch eine Tertiär- Luftzufuhreinrichtung mit einem dritten Gebläse 61 und einem Tertiär-Luftzu- fuhrrohr 62 auf, in dem mehrere Luftdüsen ausgebildet wird. Durch die Terti- är-Luftzufuhreinrichtung wird Nachverbrennungsluft in die beiden Ausbrandbzw. Ausglühräume 41 und 52 geblasen, wodurch das Ausbrennen des Kohlenstoffs 47 weiter verbessert wird. Die danach noch verbleibende mineralische Asche 59 wird mit Hilfe der Transportvorrichtungen 63, die mehrere Transportschaufeln 64 aufweist, in den Staub- und Aschekasten 58 befördert. Die Transportschaufeln 64 sind dabei derart beweglich am Transportband befestigt, dass sie in der Vorwärtsbewegung der Transportvorrichtungen 63 - in Fig. 8 mit gestrichelter Linie und dem Bezugszeichen 64' gekennzeichnet - den Kohlenstoff 47 in Richtung des Brenners 1 und in der Rückwärtsbewe- gung den Kohlenstoff 47 in Richtung des Staub- und Aschekastens 58 fördern.
Aus der obigen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Brenners 1 sowie des Heizungssystems 39 ist ersichtlich, dass das Heizungssystem 39 insgesamt modular aufgebaut ist, so dass es in Abhängigkeit von der gewünschten Leistung sowie in Abhängigkeit von der Art des verwendeten Brennstoffes 2 neben dem Brenner 1 unterschiedliche Komponenten aufweisen kann. Dabei ist es grundsätzlich auch möglich, dass der Brenner 1 lediglich mit einem herkömmlichen Heizkessel, der einen Wärmetauscher aufweist, verbunden wird, wenn als Brennstoff 2 beispiels- weise Holz verwendet wird, dessen Ascheerweichungspunkt so hoch ist, dass das Holz vollständig innerhalb des Brennrohres 3 verbrannt und somit auf die Verwendung einer zweiten Verbrennungsstufe verzichtet werden kann.