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EP 2 787 280 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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Hinweis auf die Patenterteilung: |
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18.03.2020 Patentblatt 2020/12 |
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Anmeldetag: 05.04.2013 |
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Internationale Patentklassifikation (IPC):
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Vorrichtung zur Verbrennung von rieselfähigem, festem Brennstoff
Device for the combustion of free-flowing solid fuel
Dispositif de combustion de combustibles solides pouvant s'écouler
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(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
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AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL
NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR |
(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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08.10.2014 Patentblatt 2014/41 |
(73) |
Patentinhaber: |
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- Schmid AG - Energy Solutions
8360 Eschlikon (CH)
- Best - Bioenergy and Sustainable Technologies GmbH
8010 Graz (AT)
- RIKA Innovative Ofentechnik GmbH
4563 Micheldorf (AT)
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Erfinder: |
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- Buchegger, Andreas
9852 Trebesing (AT)
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Vertreter: Puchberger & Partner Patentanwälte |
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Reichsratsstraße 13 1010 Wien 1010 Wien (AT) |
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Entgegenhaltungen: :
JP-A- S5 927 114 US-A- 4 338 869
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US-A- 4 009 667
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verbrennung von rieselfähigem,
festem Brennstoff wie beispielsweise Holzpellets oder Hackgut, wobei der Brennstoff
im Brennraum in einem Trocknungsbereich einen Trocknungsprozess, in einem Ausgasungsbereich
einen Ausgasungsprozess und in einem Ausbrandbereich einen Ausbrandprozess durchläuft.
Eine derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren ist aus
US4009667A bekannt.
[0002] Vorrichtungen und Verfahren zur Verbrennung von rieselfähigem, festem Brennstoff
wie beispielsweise Holzpellets, Hackgut, insbesondere aus biologischem Material sind
seit geraumer Zeit bekannt und wurden in unterschiedlichen Ausführungsformen publiziert.
Beispielsweise sind Vorrichtungen zur Verbrennung von Holzpellets bekannt. Die Holzpellets
befinden sich in einem Vorratsbehälter und werden mit Hilfe einer Förderschnecke in
einen Brennraum gefördert. Dort werden sie von einem Zündmittel, beispielsweise durch
heiße Luft, entzündet und verbrannt. Die bei der Reaktion entstehende Abwärme wird
in weiterer Folge als Nutzwärme z.B. zur Erhitzung von Brauchwasser oder zur Heizung
von Gebäuden verwendet. Der zur Verbrennung notwendige Sauerstoff wird über Öffnungen
in Form von Luft in den Brennraum eingebracht. Bei der Verbrennung entsteht einerseits
heißes Verbrennungsgas, das über eine Ausbrandöffnung aus dem Brennraum abgeführt
wird und andererseits unbrennbarer Rückstand, der meist in Form von Asche aus dem
Brennraum entfernt wird. Zur Verbesserung des Verbrennungswirkungsgrades kann durch
Zuleitung von Sekundärluft in eine Sekundärbrennkammer das heiße Verbrennungsgas nachverbrannt
werden.
Ferner sind Vorrichtungen und Verfahren zur Verbrennung von rieselfähigem, festem
Brennstoff wie beispielsweise Holzpellets bekannt, bei dem eine Förderschnecke in
den Brennraum ragt, um die Pellets einem Rost zuzuführen. Dort werden die Pellets
in ruhendem Zustand verbrannt und in weiterer Folge von einer weiteren Schnecke in
Form von Asche abgeführt.
[0003] Um einen flexiblen Einsatz von Brennern für unterschiedliche Brennstoffe zu ermöglichen,
ist eine Anpassung des Brennverlaufs notwendig. Unterschiedliche Brennstoffe weisen
unterschiedliche Aschegehalte, unterschiedliche Ascheerweichungstemperaturen sowie
unterschiedliche Brennwerte auf. Bei Holzpellets beispielsweise kann der Aschegehalt
von etwa 0,3% bis 5%wf und die Ascheerweichungstemperatur von 800°C bis etwa 1400°C
schwanken. Insbesondere die geringen Ascheerweichungstemperaturen und die unterschiedlichen
Aschegehalte können zu Verschlackungen an den Fördermitteln und an anderen Brennerkomponenten
führen. Diese beeinträchtigen einerseits die optimale Verbrennung und andererseits
die mechanische Funktionalität der Vorrichtung. Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es nun, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verbrennung von rieselfähigem,
festem Brennstoff zu schaffen, welches die Nachteile des Standes der Technik überwindet,
flexibel an unterschiedliche Brennstoffe angepasst werden kann, eine saubere Verbrennung
ermöglicht, insbesondere die Emission von Stickoxiden und Feinstaub gegenüber herkömmlichen
Verbrennungsmethoden verringert und darüber hinaus eine kompakte Bauweise und eine
günstige Herstellung erlaubt.
[0004] Die erfindungsgemäßen Aufgaben werden durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
[0005] Weitere Erfindungsgemäße Merkmale sind in den Unteransprüche beansprucht.
[0006] Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass vor und/oder in der Sekundärbrennkammer
Sekundärluftöffnungen zur Zuführung von Sekundärluft vorgesehen sind, dass der Sekundärbrennkammer
ein Gasabzug zum Abzug der Verbrennungsgase nachgeordnet ist, dass in Förderrichtung
nach dem Ausbrandbereich ein Brennrückstandsaustragsbereich zum Austrag des Brennrückstandes
vorgesehen ist, wobei der Austrag in bevorzugter Weise über die Fördermittel geschieht,
dass in Förderrichtung vor dem Trocknungsbereich eine Brennstoffzuführung zur Einbringung
des Brennstoffes vorgesehen ist, wobei die Einbringung in bevorzugter Weise über die
Fördermittel geschieht und/oder, dass die Fördermittel als entlang einer Förderwelle
angeordnete Schaufelelemente ausgeführt sind, wobei die Förderwelle über einen Antrieb
zumindest rotatorisch antreibbar ist. Vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind weiters,
dass die Fördermittel als Schneckenförderer ausgeführt sind, wobei sich die Schaufelelemente
schraubenförmig durch den Brennraum erstrecken und über einen Antrieb zumindest rotatorisch
antreibbar sind, und wobei die Schaufelelemente bevorzugt schraubenförmig und bandförmig
um die Förderwelle angeordnet sind, dass die schraubenförmig verlaufenden Schaufelelemente
im Ausbrandbereich zumindest teilweise eine geringere Steigung aufweisen als im Ausgasungsbereich,
dass der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schaufelelementen im Ausbrandbereich
geringer ist als im Ausgasungsbereich und/oder dass die Fördergeschwindigkeit des
Brennstoffs in Förderrichtung im Ausbrandbereich geringer ist als im Ausgasungsbereich.
Weitere Merkmale sind, dass die Förderung in eine Förderrichtung erfolgt die im Wesentlichen
waagrecht, schräg oder in eine von der Senkrechten abweichenden Richtung verläuft,
dass der Brennraummantel und/oder die Förderwelle mit Primärluft und/oder Sekundärluft
kühlbar ist, dass durch den Wellenhohlraum der Förderwelle und/oder den Mantelhohlraum
Primärluft und/oder Sekundärluft geleitet oder leitbar ist und/oder, dass Primärluft
und/oder Sekundärluft durch Durchleitung durch den Wellenhohlraum und/oder den Mantelhohlraum
vorwärmbar ist.
[0007] Ferner ist zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgaben ein Verfahren nach Anspruch
11 vorgesehen.
[0008] Weiter Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens sind, dass die festen Bestandteile
des Brennstoffs bei stetiger Förderung durch die Brennkammer verbrannt werden, dass
die flüchtigen Bestandteile des Brennstoffs in der Primärbrennkammer und in der Sekundärbrennkammer
verbrannt werden, dass die unbrennbaren Bestandteile des Brennstoffs als Brennrückstand
von den Fördermitteln aus dem Brennraum abtransportiert werden, dass der Brennraummantel
und/oder die Förderwelle mit Primärluft und/oder Sekundärluft gekühlt wird, dass der
Wellenhohlraum der Förderwelle mit Primärluft und/oder Sekundärluft durchströmt wird
und/oder dass Primärluft und/oder Sekundärluft bei Durchströmung des Wellenhohlraums
und/oder den Mantelhohlraums vorgewärmt wird.
Ferner kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der Brennstoff von einer rotatorisch
angetriebenen Förderschnecke von einer Brennstoffzuführung in einen Trocknungsbereich,
danach in einen Ausgasungsbereich, anschließend in einen Ausbrandbereich und dann
in einen Brennrückstandsaustragsbereich gefördert wird, und dass die Förderschnecke
zur Erhöhung der Verweilzeit im Ausbrandbereich eine kleinere Steigung aufweist als
in zumindest einem weiteren Bereich.
Zur optimalen Umsetzung der im Brennstoff enthaltenen Energie ist eine gewisse Verweilzeit
des Brennstoffs im Brennraum vorzusehen. Diese ist insbesondere durch mehrere Phasen
des Verbrennungsprozesses bestimmt. Die Phasen umfassen eine Trocknungsphase, eine
Pyrolysephase, eine Ausgasungsphase und eine Abbrandphase. Bei herkömmlichen Pellets
kann die Trocknungsphase im Wesentlichen vernachlässigt werden. Die Pyrolysephase
und die Entgasungsphase sind eng miteinander verbunden und werden somit in weiterer
Folge als Ausgasungsphase zusammengefasst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die
vom Brennstoff zu durchlaufenden Verbrennungsphasen in unterschiedlichen Bereichen
des Brennraums erfolgen. Nach Einbringung des Brennstoffs über eine Brennstoffzuführung
in den Brennraum wird der Brennstoff durch Fördermittel in eine Förderrichtung gefördert.
Zuerst durchläuft der Brennstoff den Trocknungsbereich, anschließend den Ausgasungsbereich
und in weitere Folge den Ausbrandbereich. Nach dem Ausbrandbereich besteht das Fördergut
im Wesentlichen aus Brennrückständen wie Asche, die über den Brennrückstandsaustragsbereich
in einen Sammelbehälter abgeführt werden. Die Abbrandphasen des Brennstoffs, insbesondere
die Bereiche der Abbrandphasen, sind nacheinander entlang der Förderrichtung des Brennstoffs
angeordnet. Es entspricht jedoch dem Erfindungsgedanken, dass die Bereiche einander
überschneiden. Ein Vorteil der Trennung und/oder Aneinanderreihung der unterschiedlichen
Abbrandphasen ist, dass pro Bereich Parameter wie die Zufuhr der Primärluft, die Temperatur
und die Verweildauer des Brennstoffs in dem jeweiligen Bereich getrennt beeinflusst
und/oder gesteuert werden können.
[0009] Im Trocknungsbereich wird Wärme über den Brennraummantel, das Fördermittel oder andere
Einrichtungen an den Brennstoff abgegeben. Der Wärmetransport geschieht dabei entgegen
der Förderrichtung des Brennstoffs bevorzugt über Wärmeleitung. Die Wärme selbst stammt
von der Verbrennung, welche in den darauffolgenden Bereichen geschieht. Die maximalen
Temperaturen im Trocknungsbereich betragen etwa 120°C bis 180°C.
[0010] In Förderrichtung nachfolgend ist der Ausgasungsbereich vorgesehen, in welchem die
Entgasung und Pyrolyse des Brennstoffs geschieht. Dieser Bereich kann auch als Hauptprimärverbrennungsbereich
bezeichnet werden. Der Bereich befindet sich in unmittelbarer Nähe der Brennkammeröffnung.
Im Ausgasungsbereich werden in dem Ausgasungsprozess in einem endothermen Prozess
die flüchtigen Bestandteile des Brennstoffs freigesetzt und mit dem über die Primärluftöffnungen
im Brennraum zugeführten Luftsauerstoff zumindest partiell oxidiert. Wie angemerkt
wird ein Teil der dabei frei werdenden Wärme über Wärmeleitung im Fördermittel, im
Brennraummantel oder über sonstige Einrichtungen in den Trocknungsbereich geleitet.
Die Einbring von Primärluft in den Ausgasungsbereich bewirkt auch ein Kühlung des
Brennraums und/oder der Brennkammer.
[0011] Bei der Entgasung und Pyrolyse des Brennstoffs wird selbiger zumindest teilweise,
bevorzugt vollständig in Koks oder Kohle umgewandelt. Die Maximaltemperaturen im Ausgasungsbereich
betragen etwa zwischen 600°C und 800°C und bis zu 1000°C. Bevorzugt liegen die Temperaturen
im Ausgasungsbereich unterhalb der Ascheerweichungstemperatur des Brennstoffs.
[0012] Im Ausbrandbereich findet der Ausbrand des Koks oder der Kohle zu Asche statt. Der
für die Oxidation benötigte Sauerstoff wird über Primärluftöffnungen des Bereichs
zugeführt. Die Asche oder der Brennrückstand werden in weiterer Folge von den Fördermitteln
durch einen Brennrückstandsausgabebereich abgeführt. Die Temperatur im Ausbrandbereich
beträgt etwa 200°C bis 400°C. Bevorzugt liegen auch die Temperaturen im Ausbrandbereich
unterhalb der Ascheerweichungstemperatur des Brennstoffs.
[0013] Insbesondere im Ausbrandbereich bzw. beim Ausbrandprozess kommt es zu einer starken
Volumenreduktion des Brennstoffs. Zur zumindest teilweisen Kompensation der Volumenreduktion
ist eine Veränderung der Geometrie des Fördermittels vorgesehen. Diese Änderung der
Geometrie ist vorteilhaft, um einerseits das geringe verbleibende Volumen weiterzufördern
und andererseits um eine ausreichend gute Einbringung der Primärluft durch die Primärluftöffnung
in diesem Bereich zu erreichen.
Ein weiterer Effekt, der durch die Veränderung der Geometrie des Fördermittels erzielt
werden kann, ist eine Veränderung der Verweildauer des Brennstoffs im betreffenden
Bereich. Diese Verlängerung der Verweildauer ist vorteilhaft, da die Verbrennung des
Kohlenstoffs länger dauert, als die Ausgasung der flüchtigen Bestandteile des Brennstoffs.
[0014] Sowohl im Ausgasungsbereich als auch im Ausbrandbereich sind Primärluftöffnungen
zur Zuführung der Primärluft vorgesehen. Über diese kann die beispielsweise die Oxidation
des Brennstoffes und die Kühlung des Brennraums beeinflusst und/oder gesteuert werden.
[0015] Die flüchtigen Bestandteile des Brennstoffs werden, wie angemerkt, im Ausgasungsbereich
mit der Primärluft zumindest teilweise oxidiert. Diese Reaktion geschieht insbesondere
in der Primärbrennkammer, die sich vom Glutbett des Ausgasungsbereichs durch die Brennkammeröffnung
in die Brennkammer erstreckt. Der Primärbrennkammer in Strömungsrichtung der aufsteigenden
Verbrennungsgase nachfolgend liegt die Sekundärbrennkammer. Im Bereich der Sekundärbrennkammer
sind Sekundärluftöffnungen zur Zuführung der Sekundärluft vorgesehen. Erfindungsgemäß
können diese entlang eines Sekundärluft-Brennerrings angeordnet sein. In der Sekundärbrennkammer
erfolgt die Oxidation aller brennbaren Gase zu Kohlendioxid, Wasser und gegebenenfalls
zu weiteren Abgasen.
[0016] Gemäß der vorliegenden Erfindung werden im Ausgasungsbereich die flüchtigen Bestandteile
des Brennstoffs aus dem Brennstoffmassenstrom des Brennraums entnommen und in Form
eines gasförmigen Teilmassenstroms durch die Brennkammer geleitet. Die Brennkammer
und der Brennraum sind im Wesentlichen durch miteinander kommunizierende Hohlräume
gebildet. Der Brennstoff wird kontinuierlich durch den Brennraum gefördert und durchläuft
dabei die unterschiedlichen Abbrandphasen, in denen dem Brennstoff vorzugsweise alle
brennbaren Bestandteile entnommen werden, sodass schlussendlich nur noch Brennrückstand
in Form von Asche überbleibt. Die flüchtigen Bestandteile des Brennstoffs werden zusammen
mit den Verbrennungsgasen der getrennten Brennkammer zugeführt und dort gegebenenfalls
durch Einbringung von Sekundärluft nachverbrannt. Somit sind die einzelnen Phasen
der Umwandlung des Brennstoffs im Trocknungsbereich und im Ausbrandbereich getrennt
von der Verbrennung der flüchtigen Bestandteile des Brennstoffs, welche im Ausgasungsbereich,
in der Brennkammer, insbesondere in der Primärbrennkammer und der Sekundärbrennkammer
geschieht. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Bereiche einander überschneiden
können. Die Trennung der Bereiche und der Brennkammern bietet den Vorteil, dass in
jedem Bereich die Luftzufuhr sowie der Massendurchsatz, die Verweildauer und Strömungsverhältnisse
getrennt betrachtet und beeinflusst werden können. Erst durch diese Trennung wird
die erfindungsgemäße Erhöhung des Wirkungsgrades und Verbesserung der Verbrennung
erreicht.
[0017] Insbesondere wird durch Vermeidung der Überschreitung der Ascheerweichungstemperatur
die Verschlackung verhindert oder minimiert.
[0018] Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist, dass insbesondere durch
die getrennte Zuführung von Primär und Sekundärluft, sowie durch die Möglichkeit der
kontrollierten Temperatur im Brennraum, die Freisetzung von Feinstaubpartikeln aus
dem Glutbett vermindert wird.
[0019] Erfindungsgemäß kann die Sekundärluft sowie die Primärluft vor der Einleitung in
den Brennraum oder die Brennkammer vorgewärmt werden. Diese Vorwärmung kann durch
einen Wärmeaustausch mit einer oder mehrerer Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung
erfolgen. Beispielsweise kann die Primärluft oder die Sekundärluft entlang der Außenseite
des, durch die Verbrennung erwärmten, Brennraummantels geführt sein. Ferner kann die
Primärluft oder die Sekundärluft durch Hohlkörper im Brennraum oder in der Brennkammer
geführt sein. Bei der Vorwärmung der Primär- und/oder Sekundärluft können Komponenten
der Vorrichtung gekühlt werden, um somit die Lebensdauer zu erhöhen und/oder die Verbrennung
und den Wirkungsgrad zu verbessern.
Die Verbrennungsregelung erfolgt beispielsweise leistungsabhängig durch Steuerung
des Brennstoffmassenstroms, durch Steuerung der Fördermittel, bzw. durch Steuerung
der Taktgeschwindigkeit oder der Rotationsgeschwindigkeit des Antriebs der Förderwelle.
Synchron dazu kann beispielsweise über die Drehzahlregelung eines Saugzuggebläses
die Verbrennungsluftmenge, insbesondere der Primärluftmassenstrom und der Sekundärluftmassenstrom
gesteuert sein. Auch eine Anpassung an unterschiedliche Brennstoffe zur Optimierung
des Wirkungsgrades, zur Unterschreitung der Ascheerweichungstemperatur und zu Verbesserung
der Verbrennung kann durch Wahl der Antriebstaktung und/oder Drehzahl und Wahl des
Verbrennungsluftmassenstroms vorgenommen werden.
[0020] In weiterer Folge wird die Erfindung anhand konkreter Ausführungsbeispiele weiter
erörtert:
Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung. Diese umfasst einen Brennraum 1, der zumindest teilweise von einem Brennraummantel
2 umgeben und bevorzugt ortsfest angeordnet ist. Der Brennraum ist im Wesentlichen
länglich, rohrförmig ausgebildet und verläuft in bevorzugter Weise in einer Richtung,
die von der Senkrechten abweicht. Im Brennraum 1 sind Fördermittel 3 vorgesehen, die
in der dargestellten Ausführungsform als Förderschnecke ausgebildet sind. Dies Fördermittel
3 umfassen Schaufelelemente 21, die an einer Förderwelle 22 vorgesehen sind, welche
von einem Antrieb 23 angetrieben und/oder antreibbar ist. In der vorliegenden Ausführung
sind die Schaufelelemente 21 schraubenförmig an der im Wesentlichen durchgehenden
Förderwelle 22 vorgesehen. Als Schaufelelemente 21 sind demnach die einzelnen Windungen
oder Abschnitte der Förderschnecke bezeichnet. Die Förderschnecke ist in dem feststehenden
Brennraum vom Antrieb gedreht und fördert dadurch den Brennstoff in Förderrichtung.
Ferner ist die Förderschnecke im Wesentlichen der Innenseite des Brennraums folgend
ausgestaltet. Der Brennraum, insbesondere der Brennraummantel umschließt abschnittsweise
die Förderschnecke um deren gesamten Umfang. Im Bereich der Brennstoffzuführung 5
wird der Brennstoff 4 von einem Vorratsbehälter 25 gegebenenfalls über eine Brennstoffdosierungsvorrichtung
24 in den Brennraum 1 eingebracht. Wie beschrieben, wird durch Drehung der Förderwelle
22 vom Antrieb 23 der Brennstoff 4 durch die schraubenförmig angeordneten Schaufelelemente
21 in Förderrichtung 26 bewegt. Bei Inbetriebnahme der Vorrichtung wird der Brennstoff
4 weiter zu einem Zündmittel 18 gefördert. Dieses Zündmittel ist eingerichtet, um
den Brennstoff zumindest auf Pyrolysetemperatur zu bringen. Ist die Reaktion gestartet,
so stellt sich im Brennraum eine kontinuierliche Verbrennung ein, die durch Einbringung
weiteren Brennstoffs aufrechterhalten wird. Gegebenenfalls kann auch bei kontinuierlichem
Betrieb das Zündmittel 18 zur Erhöhung der Temperatur eingesetzt werden. Das Zündmittel
18 ist bevorzugt im Ausgasungsbereich oder im unteren Bereich der Primärbrennkammer
angeordnet. Es kann grundsätzlich aber auch an anderen Stellen im Brennraum vorgesehen
sein.
[0021] Zugeführter Brennstoff 4 wird über Fördermittel 3 vom Bereich der Brennstoffzuführung
5 in den Trocknungsbereich 14 gefördert. In diesem herrscht eine erhöhte Temperatur,
bei der Restfeuchtigkeit aus dem Brennstoff entweicht. Dem Trocknungsbereich 14 nachgeordnet
befindet sich in Förderrichtung 26 der Ausgasungsbereich 15. In diesem finden die
Entgasung und die Pyrolyse des Brennstoffs statt. Die flüchtigen Bestandteile werden
dabei durch die Brennkammeröffnung in die Brennkammer, insbesondere in die Primärbrennkammer
12 und die Sekundärbrennkammer 13 geleitet. Der für die Oxidation notwendige Sauerstoff
wird in Form von Primärluft 6 durch eine oder mehrere Primärluftöffnungen 7 zugeführt.
Die Zuführung der Primärluft kann dabei einerseits von Gebläsen oder pumpenähnlichen
Vorrichtungen unterstützt sein. Andererseits entsteht durch Abzug der heißen Verbrennungsgase
ein Sog, der gegebenenfalls durch pumpenähnliche Vorrichtungen unterstützt werden
kann. Die bei der Entgasung und Pyrolyse des Brennstoffs 4 entstehenden gasförmigen
Brennstoffbestandteile werden in der Primärbrennkammer zumindest teilweise oxidiert
bzw. verbrannt. Der Primärbrennkammer 12 ist in Gasabzugsrichtung 36 eine Sekundärbrennkammer
13 nachgeordnet. Im Bereich der Sekundärbrennkammer 13 oder der Sekundärbrennkammer
13 vorgeordnet, sind eine, bevorzugt mehrere Sekundärluftöffnungen 9 vorgesehen. Durch
diese wird Sekundärluft 8 in die Brennkammer 20 eingebracht. In der Brennkammer 20,
insbesondere in der Sekundärbrennkammer 13 wird nun in bevorzugter Weise der gesamte
brennbare Bestandteil der gasförmigen Brennstoffbestandteile oxidiert und in nutzbare
Wärmeenergie umgesetzt. Der Brennstoff 4 wird dabei von den Fördermitteln 3 kontinuierlich
zum Ausbrandbereich 16 weitergefördert. Im Ausbrandbereich 16 sind weitere Primärluftöffnungen
7 zur vollständigen Verkokung, Verkohlung und/oder Verbrennung der Feststoffanteile
des Brennstoffs vorgesehen. Insbesondere im Ausbrandbereich 16 wird das Volumen des
Brennstoffs 4 stark reduziert. Ferner ist es für eine Optimierung des Wirkungsgrades
und der Verbrennung vorteilhaft, die Verweilzeit des Brennstoffs im Ausbrandbereich
16 größer zu wählen, als beispielsweise im Ausgasungsbereich 15. Zur Erhöhung der
Verweilzeit ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Steigung der Schraubkontur der
Schaufelelemente 21 im Ausbrandbereich 16 zumindest teilweise geringer ist als im
Ausgasungsbereich 15. Durch die geringere Steigung der Spiralkontur sind die Schaufelelemente
21 zwei aufeinanderfolgender Windungen näher aneinander gerückt. Durch diese Anordnung
wird einerseits der Füllstand im Brennraum 1 im Ausbrandbereich 16 erhöht und andererseits
die Fördergeschwindigkeit in Förderrichtung 26 bei konstanter Winkelgeschwindigkeit
der Drehung der Förderwelle 22 verringert. Durch die Verringerung der Fördergeschwindigkeit
in Förderrichtung 26 wird die Verweilzeit des Brennstoffs 4 im Ausbrandbereich 16
erhöht. Durch Veränderung der Antriebsdrehzahl kann der Brennstoffmassenstrom gesteuert
werden, wobei die Fördergeschwindigkeit durch die Ausgestaltung der Fördermittel,
insbesondere durch die Steigung der Fördersachnecke bestimmt ist.
[0022] Die Primärluftöffnungen 7 sind in bevorzugter Weise im unteren Bereich des Ausgasungsbereichs
15 und des Ausbrandbereichs 16 des Brennraums 1 im Brennraummantel 2 angeordnet. Der
durch Drehung der Fördermittel 3 erzeugte Vorschub des Brennstoffs 4 resultiert in
einer Anhäufung des Brennstoffs 4 in einem, vom tiefstliegenden Bereich abweichenden
seitlichen Bereich des Brennraums 1. Insbesondere wird der Brennstoff 4 um ein gewisses
Maß von der Drehung der Fördermittel 3 mitgenommen und gegen die Schwerkraft am Brennraummantel
2 hinaufbewegt. Aus diesem Grund sind die Primärluftöffnungen 7 in der vorliegenden
Ausführungsform bevorzugt asymmetrisch, von der tiefsten Stelle des Brennraumes 1
entfernt, angeordnet. Beispiele sind eine seitliche Versetzung von 20° bis 40° von
der Lotrechten in Drehrichtung der Förderschnecke. Weitere Primärluftöffnungen können
auch im oberen Bereich des Brennraums angeordnet sein.
[0023] In weiterer Folge wird der Brennstoff im Ausbrandbereich 16 von einem koks- oder
kohleförmigen Stadium in Asche umgewandelt. Der Brennrückstand 10 wird in weiterer
Folge von Fördermitteln 3 in den Brennrückstandsaustragsbereich 11 weitergefördert,
von welchem er in einen Brennrückstandsbehälter 27 gelangt.
[0024] Zur weiteren Verbesserung des Wirkungsgrades kann sowohl die Primärluft als auch
die Sekundärluft vor der Einbringung in den jeweiligen Brennbereich vorgewärmt werden.
Eine Möglichkeit der Vorwärmung ist die Führung der angesaugten Luft entlang der Außenseite
des Brennraummantels oder entlang weiterer Komponenten, die durch Kontakt mit der
thermischen Reaktion eine erhöhte Temperatur aufweisen. Erfindungsgemäß kann vorgesehen
sein, dass die Förderwelle 22 als Hohlwelle ausgeführt ist und somit einen Wellenhohlraum
28 aufweist. Über eine erste Wellenöffnung 29 kann Luft in die Welle, insbesondere
in den Wellenhohlraum 28 eingebracht werden und in diesem, beispielsweise in Förderrichtung,
durch den Brennraum transportiert werden, wobei kein Gasaustausch zwischen dem Brennraum
und dem Wellenhohlraum stattfindet. Am entgegengesetzten Endbereich der Förderwelle
ist eine zweite Wellenöffnung 30 vorgesehen, durch welche die vorgewärmte Luft in
den Brennraum oder die Brennkammer geleitet werden kann. In der vorliegenden Ausführung
wird die vorgewärmte Luft, insbesondere die Sekundärluft weiter in einen Mantelhohlraum
31 geleitet, der den Brennraum 1 zumindest teilweise umgibt. Die Luft wird in weiterer
Folge weiter erwärmt und über eine Sekundärluftzuleitung 32 und weiter über die Sekundärluftöffnungen
9 in die Brennkammer 20 eingebracht. Die Primärluft kann gemäß der vorliegenden Ausführung
über eine Primärluftansaugung 33 und durch einen zweiten Mantelhohlraum 34 vorgewärmt
und durch die Primärluftöffnungen 7 in dem Brennraum eingebracht werden.
[0025] Die gasförmigen Bestandteile des Verbrennungsprozesses sowie Restluft werden über
den Gasabzug 35 abgeführt. Dieser ist bevorzugt der Brennkammer 20 nachgeordnet. Im
Bereich des Gasabzugs und/oder der Brennkammer können ein oder mehrere Wärmetauscher
zur Abführung der Brauchwärme angeordnet sein.
[0026] In der vorliegenden Ausführungsform ist die Förderrichtung 26 des Brennstoffs 4 im
Wesentlichen waagrecht angeordnet. Der Teilmassenstrom der gasförmigen Bestandteile
durch die Brennkammer 20 verläuft im Wesentlichen senkrecht nach oben. Wie angemerkt
sind die Massenströme durch den Brennraum 1 und/oder die Brennkammer 20 geführt, welche
im Wesentlichen aus miteinander kommunizierenden Hohlkörpern, insbesondere rohrförmigen
Bauteilen gebildet sind.
[0027] Gemäß einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform sind die Förderrichtung
26 und/oder die Längsmittelachse der Förderwelle 22 schräg nach unten verlaufend angeordnet.
Somit wird der Brennstoff von einer höheren Position bei der Brennstoffzuführung 5
in eine tiefere Position in den Ausbrandbereich 16 gefördert. Diese Schrägstellung
begünstigt den Brennstofftransport durch die Wirkung der Schwerkraft. Die Brennkammer
20, insbesondere der gasförmige Teilmassenstrom ist wiederum bevorzugt senkrecht nach
oben verlaufend angeordnet, um den aufsteigenden heißen gasförmigen Bestandteilen
möglichst wenig Widerstand zu bieten.
[0028] Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Förderrichtung 26 und/oder die Verlaufrichtung
der Förderwelle schräg nach oben ausgerichtet.
[0029] Die Fördermittel 3 der unterschiedlichen Ausführungsformen können erfindungsgemäß
unterschiedlich ausgeformt sein:
Eine Möglichkeit ist das Vorsehen eines schraubenförmig um die Förderwelle 22 verlaufenden
bandförmigen Körpers. Dieser ist an der Innenseite im Wesentlichen an der Förderwelle
22 anliegend und an seiner Außenseite dem Brennraum 1 folgend ausgebildet. Somit schließt
das Band an seiner Außenseite mit dem Brennraummantel 2 ab. Bevorzugt ist der Brennraum
1 bei dieser Ausführung zylinderförmig ausgebildet. Vom Aufbau und vom Förderprinzip
entspricht diese Ausgestaltung einem Schneckenförderer.
[0030] Gemäß einer weiteren Ausführung der Fördermittel 3 weist die Förderschnecke, insbesondere
das schraubenförmig verlaufende Band radiale Einschnitte auf, um beispielsweise einen
Luftstrom parallel zur Förderrichtung zu erlauben. Diese Ausgestaltung erlaubt besseren
Gastransport entgegen der Förderrichtung 26.
[0031] Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Fördermittel 3 sind Leitelemente an der
Förderwelle 22 vorgesehen, die gegenüber der jeweiligen Drehebene in Förderrichtung
26 schräggestellt sind. Diese plattenförmigen Elemente können propellerähnlich oder
schaufelähnlich am Umfang und entlang der Längserstreckung der Förderwelle vorgesehen
sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Fördermittel 3 sind beweglich angeordnete
Leitelemente an der Förderwelle 22 vorgesehen, die je nach gewünschtem Förderdurchsatz
schräggestellt oder flachgestellt werden können.
Nach einer weiteren Ausführungsform sind die Fördermittel 3 durch eine wellenfreie
Schnecke gebildet, die zumindest an einem Endbereich vom Antrieb angetrieben ist.
[0032] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Fördermittel 3 je nach Bereich unterschiedliche
Steigungen und/oder unterschiedliche Abstände zueinander aufweisen. Im Falle einer
Förderschnecke weist die Schnecke im Bereich des Ausbrandbereichs und/oder des Brennrückstandsaustragsbereich
eine geringere Steigung und/oder einen geringeren Abstand der Schaufelelemente 21
zueinander auf. Bei konstanter Drehung der Förderwelle 22 durch den Antrieb 23 wird
somit in diesem Bereich die Fördergeschwindigkeit verringert. Ein weiterer Effekt
ist, dass durch das nähere Aneinanderrücken der einzelnen Schaufelelemente 21 das
Volumen zwischen zwei Windung geringer ist als im Bereich mit größerem Abstand der
Schaufelelemente 21. Dadurch wird der Füllstand im Bereich der näher zusammengerückten
Schaufelelemente 21 mit geringerer Steigung erhöht. Ferner wird durch die Verringerung
der Fördergeschwindigkeit die Verweilzeit in diesem Bereich erhöht.
[0033] Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere zum Einsatz als Pelletsbrenner
oder Premium-Hackgutbrenner für Kleinfeuerungen und Hausbrand geeignet. Beispiele
dafür sind Pellets-Heizkessel für Heizleistungen von etwa 10kW bis etwa 30kW mit Automatikbetrieb
für die Brennstoffzündung, Brennstoffzuführung, Verbrennungsregelung und Entsorgung
der Verbrennungsrückstände aus dem Brennbereich. Die Wirkungsgrade liegen bevorzugt
über 90%, insbesondere bei 94%-95%. Die Abmessung der erfindungsgemäßen Vorrichtungen
muss in einem gewissen Rahmen liegen, um eine Unterbringung in Wohnhäusern zu ermöglichen.
Die erfindungsgemäße kompakte Anordnung der Vorrichtung erlaubt Abmessungen, die eine
Höhe von 1800mm bevorzugt 1500mm, eine Breite von 1000mm bevorzugt 600mm und eine
Einbautiefe von 1000mm bevorzugt 750mm nicht übersteigen. Durch weitere Optimierung
können diese Abmaße weiter verringert werden. Anzumerken ist, dass diese Abmessungen
die Abmessungen die Primär-und Sekundärbrennkammern sowie die Zuführung der Pellets
und gegebenenfalls einen Pelletstank beinhalten.
[0034] Die Pellets können beispielsweise über Saugsysteme oder Schneckenfördersysteme der
erfindungsgemäßen Vorrichtung zugeführt werden.
[0035] Als Hilfsenergie für den Zündvorgang können 1000-2000W ausreichend sein. Der Stromverbrauch
im Dauerbetrieb einschließlich der Brennstoffzuführung beträgt beispielsweise maximal
150W. Ferner kann in der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Pelletsvorratsbehälter
von etwa 120I Inhalt vorgesehen sein.
[0036] Als Brennstoffe eignen sich unterschiedliche Holzpelletsarten, Premium-Hackgut, Rapspressrückstände,
Olivenschrot, Obsttrester, gepresste Gräser und weiteres gepresstes biologisches Material.
[0037] Ferner müssen bei der Verbrennung die jeweiligen national geltenden Emissionsgrenzwerte
für Hausbrand eingehalten werden. Insbesondere betrifft dies Grenzwerte für Gesamtstaub,
NOx und CO-Emissionen. Weiters muss die erfindungsgemäße Vorrichtung den nationalen
Sicherheitsregularien für Brenner bzw. Heizkessel entsprechen.
[0038] Erfindungsgemäß kann beispielsweise folgendes Verbrennungsprinzip zur Anwendung kommen:
Aus einem Vorratsbehälter werden die Pellets mit einem herkömmlichen Fördersystem
durch eine Zellradschleuse in den Fördersatz der Brennschnecke eingebracht, wo sie
beim Brennstart durch ein Zündmittel mittels elektrischer Widerstandsheizung gezündet
und mit zugeführter Luft in einer Vorverbrennungsstufe in den gasförmigen Zustand
überführt werden. Nach dem Brennerstart erfolgt die Zündung des zugeführten Brennstoffs
durch Wärmerückstrahlung und Wärmerückleitung aus dieser Vorverbrennung. Bevorzugt
findet die Feststoffverbrennung des Brennstoffes im Brennraum, in der Förderschnecke,
zwischen den Fördermitteln und/oder vom Brennraummantel eingeschlossen statt. Ferner
findet die Feststoffverbrennung des Brennstoffes bei stetiger Förderung, bevorzugt
in einem Schneckenförderer statt. Die Verbrennung der flüchtigen Bestandteile des
Brennstoffs findet bevorzugt in einer, mit dem Brennraum verbundenen Brennkammer statt.
[0039] Die Steuerung der Fördergeschwindigkeit der Brennerschnecke erfolgt taktend und abhängig
von der gewünschten Heizleistung.
[0040] Aus dem mittleren Abschnitt der Brennerschneckenführung - dem Ausgasungsbereich -
wird der gasförmig ausbreitende Brennstoff aus der ersten Verbrennungsstufe unter
Zuführung von Luft zur Nachverbrennung und Erzeugung des Verbrennungsgases in den
darüber angeordneten Brennerring geführt.
[0041] Im Endabschnitt der Brennerschneckenführung wird die zurückbleibende Asche und Schlackenreste
von der Schnecke in einen Behälter transportiert. Die Schnecke bewirkt den restlosen
Austrag dieser Rückstände aus dem Führungsrohr, sodass im Verbrennungsbereich die
Primärluftzuführung und der Verbrennungsprozess nicht behindert werden.
[0042] Weitere konstruktive Merkmale einer möglichen Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung:
Die Brennkammer wird beispielsweise aus feuerfesten Formsteinen in zylindrischer Bauweise
ausgeführt und wird über dem Sekundärluft-Brennerring oder der Sekundärluftöffnung
angeordnet.
Der Wärmetauscher wird in einer Stahlkonstruktion zur Erwärmung des Wärmeträgers für
Heizzwecke ausgeführt. Der Wärmeabgabe des Verbrennungsgases an den Wärmeträger erfolgt
beispielsweise über zylindrische Rohre. Zur Erhöhung des Wärmeüberganges und zur Erzielung
einer kompakten Bauweise können in den Wärmetauscherrohren Einsätze vorgesehen sein.
Diese Einsätze werden beweglicher Form, um die Wärmetauscherrohre mechanisch zu reinigen.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, einen Mechanismus zur Steuerung der Einsätze für
einen teilweisen Verschluss von Wärmetauscherrohren zur Angleichung der verbrennungsseitigen
Wärmetauscherflächen an die Heizleistung bei Teillastbetrieb zu erzielen. Dabei kann
die Abgastemperatur so gesteuert sein, dass sie über 140° beträgt, wodurch herkömmliche
Schornsteine verwendet werden können.
[0043] Die Verbrennungsgasführung und die Verbrennungsluftzuführung können mittels Drehzahlgeregelten
Saugzuggebläsen erfolgen.
[0044] Die Verbrennungsregelung erfolgt leistungsabhängig durch Steuerung der Taktgeschwindigkeit
des Antriebs der Brennerschnecke und synchron dazu durch Steuerung der Verbrennungsluftmenge
über die Drehzahlregelung des Saugzuggebläses. Regelungskriterien sind beispielsweise
die Leistungsanforderung und die gewünschte/nötige Verweilzeit des Brennstoffs im
Brennraum. Die Steuerung zur Aufteilung der Verbrennungsluftmenge in die Primärluftmenge
und die Sekundärluftmenge kann beispielsweise zur Minimierung der NOx-Emissionen auf
unter 100mg/MJ Brennstoffleistung und der Staubemissionen unter 35mg/MJ Brennstoffleistung
im Leistungsbereich von 10kW bis etwa 30kW bei Holzbrennstoffen in Pelletsform gewählt
werden.
[0045] Ferner ist bei der Verkleidung und Isolierung eine Dimensionierung vorzusehen, sodass
das Wirkungsgradziel von etwa 95% erreicht wird. Die Trocknung des Brennstoffs erfolgt
bei einer Temperatur von bis zu 150°C. Bei höheren Temperaturen werden Bestandteile
des Brennstoffs wie beispielsweise Lignin oder Zellulose vergast. Dieses Gas entzündet
sich sobald Sekundärluft zugeführt wird, wobei der Flamm bei etwa 230-280°C liegt.
Das Ausdampfen der gasförmigen Bestandteile des Brennstoffs geschieht bei etwa 500-900°C.
Die Temperaturen in der primären Brennkammer können beispielsweise 700-900°C betragen.
Die Temperaturen in der sekundären Brennkammer können beispielsweise betragen 900-1200°C.
Ferner können zur Verbesserung der Förderleistung und der Förderqualität zwei parallel
oder gegenlaufende Fördermittel insbesondere Förderschnecken eingesetzt werden.
1. Vorrichtung zur Verbrennung von rieselfähigem, festem Brennstoff (4) wie Holzpellets
oder Hackgut,
wobei der Brennstoff (4) im Brennraum (1) in einem Trocknungsbereich (14) einen Trocknungsprozess,
in einem Ausgasungsbereich (15) einen Ausgasungsprozess und in einem Ausbrandbereich
(16) einen Ausbrandprozess durchläuft,
wobei Fördermittel (3) zur kontinuierlichen Förderung des Brennstoffs (4) durch den
Trocknungsbereich (14), den Ausgasungsbereich (15) und den Ausbrandbereich (16) vorgesehen
sind,
wobei der Trocknungsbereich (14), der Ausgasungsbereich (15) und der Ausbrandbereich
(16) im Brennraum in Förderrichtung (26) nacheinander und/oder einander überschneidend
angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass eine getrennte Brennkammer vorgesehen ist, der die flüchtigen Bestandteile des Brennstoffs
zusammen mit den Verbrennungsgasen zugeführt und dort gegebenenfalls durch Einbringung
von Sekundärluft nachverbrannt werden,
dass die Feststoffverbrennung des Brennstoffes bei stetiger Förderung, bevorzugt in einem
Schneckenförderer, stattfindet,
dass die Verbrennung der flüchtigen Bestandteile des Brennstoffs in einer mit dem Brennraum
verbundenen Brennkammer stattfindet,
sodass die einzelnen Phasen der Umwandlung des Brennstoffs im Trocknungsbereich und im Ausbrandbereich
getrennt von der Verbrennung der flüchtigen Bestandteile des Brennstoffs sind, welche
im Ausgasungsbereich und in der Brennkammer, insbesondere in der Primärbrennkammer
und der Sekundärbrennkammer geschieht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgasungsbereich (15) mit einer Primärbrennkammer (12) verbunden ist, dass der
Ausgasungsbereich (15) die Primärbrennkammer (12) zumindest teilweise umfasst und/oder
dass die Primärbrennkammer (12) mit einer Sekundärbrennkammer (13) verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die flüchtigen Bestandteile des Brennstoffs im Ausgasungsbereich mit der Primärluft
zumindest teilweise oxidiert werden, wobei diese Reaktion insbesondere in der Primärbrennkammer
geschieht, die sich vom Glutbett des Ausgasungsbereichs durch die Brennkammeröffnung
in die Brennkammer erstreckt, und dass der Primärbrennkammer in Strömungsrichtung
der aufsteigenden Verbrennungsgase nachfolgend die Sekundärbrennkammer angeordnet
ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Ausgasungsbereich (15) und/oder im Ausbrandbereich (16) Primärluftöffnungen (7)
zur Zuführung von Primärluft (6) vorgesehen sind und dass gegebenenfalls vor und/oder
in der Sekundärbrennkammer (13) Sekundärluftöffnungen (9) zur Zuführung von Sekundärluft
(8) vorgesehen sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Förderrichtung (26) nach dem Ausbrandbereich (16) ein Brennrückstandsaustragsbereich
(11) zum Austrag des Brennrückstandes vorgesehen ist, wobei der Austrag in bevorzugter
Weise über die Fördermittel (3) geschieht.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Förderrichtung (26) vordem Trocknungsbereich (14) eine Brennstoffzuführung (5)
zur Einbringung des Brennstoffes vorgesehen ist, wobei die Einbringung in bevorzugter
Weise über die Fördermittel (3) geschieht.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördermittel (3) als entlang einer Förderwelle (22) angeordnete Schaufelelemente
(21) ausgeführt sind, wobei die Förderwelle (22) über einen Antrieb (19, 23) zumindest
rotatorisch antreibbar ist und/oder dass die Fördermittel (3) als Schneckenförderer
ausgeführt sind, wobei sich die Schaufelelemente (21) schraubenförmig durch den Brennraum
erstrecken und über einen Antrieb (19, 23) zumindest rotatorisch antreibbar sind,
wobei die Schaufelelemente (21) bevorzugt schraubenförmig und bandförmig um die Förderwelle
(22) angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die schraubenförmig verlaufenden Schaufelelemente (21) im Ausbrandbereich (16) zumindest
teilweise eine geringere Steigung aufweisen als im Ausgasungsbereich (15), dass der
Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schaufelelementen (21) im Ausbrandbereich
(16) geringer ist als im Ausgasungsbereich (16) und/oder dass die Fördergeschwindigkeit
des Brennstoffs (4) in Förderrichtung (26) im Ausbrandbereich(16) geringer ist als
im Ausgasungsbereich (15).
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderung in eine Förderrichtung (26) erfolgt die im Wesentlichen waagrecht,
schräg oder in eine von der Senkrechten abweichenden Richtung verläuft.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennraummantel (2) und/oder die Förderwelle (22) mit Primärluft und/oder Sekundärluft
kühlbar ist, dass durch den Wellenhohlraum (28) der Förderwelle (22) und/oder den
Mantelhohlraum (31) Primärluft und/oder Sekundärluft geleitet ist und/oder dass Primärluft
und/oder Sekundärluft durch Durchleitung durch den Wellenhohlraum (28) und/oder den
Mantelhohlraum (31) vorwärmbar ist.
11. Verfahren zur Verbrennung von rieselfähigem, festem Brennstoff wie Holzpellets oder Hackgut
in einem Brennraum,
wobei der Brennstoff im Brennraum in einem Trocknungsbereich einen Trocknungsprozess,
in einem Ausgasungsbereich einen Ausgasungsprozess und in einem Ausbrandbereich einen
Ausbrandprozess durchläuft,
wobei
der Brennstoff über Fördermittel kontinuierlich zuerst durch den Trocknungsbereich,
dann durch den Ausgasungsbereich und anschließend durch den Ausbrandbereich gefördert
wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
die flüchtigen Bestandteile des Brennstoffs zusammen mit den Verbrennungsgasen einer
getrennten Brennkammer zugeführt und dort gegebenenfalls durch Einbringung von Sekundärluft
nachverbrannt werden,
dass die Feststoffverbrennung des Brennstoffes bei stetiger Förderung, bevorzugt in einem
Schneckenförderer, stattfindet
und dass die Verbrennung der flüchtigen Bestandteile des Brennstoffs bevorzugt in der mit
dem Brennraum verbundenen Brennkammer stattfindet,
sodass die einzelnen Phasen der Umwandlung des Brennstoffs im Trocknungsbereich und im Ausbrandbereich
getrennt von der Verbrennung der flüchtigen Bestandteile des Brennstoffs sind, welche
im Ausgasungsbereich und in der Brennkammer, insbesondere in der Primärbrennkammer
und der Sekundärbrennkammer geschieht.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Ausgasungsbereich und/oder im Ausbrandbereich Sauerstoff, insbesondere Primärluft
zugeführt wird und dass die beim Ausgasungsprozess aus dem Brennstoff entweichenden
flüchtigen Bestandteile des Brennstoffs in einen Brennraum geleitet werden und dort
mit Primärluft und/oder Sekundärluft oxidiert werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff mit einer Fördergeschwindigkeit durch den Brennraum gefördert wird,
wobei die Fördergeschwindigkeit im Ausbrandbereich geringer ist als im Ausgasungsbereich
und/oder im Trocknungsbereich und dass bevorzugt der Brennstoff im Trocknungsbereich,
im Ausgasungsbereich und im Ausbrandbereich jeweils eine Verweilzeit aufweist, wobei
bevorzugt die Verweilzeit im Ausbrandbereich höher ist als im Ausgasungsbereich und/oder
im Trocknungsbereich.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die flüchtigen Bestandteile des Brennstoffs in der Primärbrennkammer und in der Sekundärbrennkammer
verbrannt werden.
15. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff von einer rotatorisch angetriebenen Förderschnecke von einer Brennstoffzuführung
in einen Trocknungsbereich, danach in einen Ausgasungsbereich, anschließend in einen
Ausbrandbereich und dann in einen Brennrückstandsaustragsbereich gefördert wird, und
dass die Förderschnecke zur Erhöhung der Verweilzeit im Ausbrandbereich eine kleinere
Steigung aufweist als in zumindest einem weiteren Bereich.
1. A device for the combustion of free-flowing solid fuel (4) such as wood pellets or
wood chips,
wherein the fuel (4) in the combustion space (1) undergoes a drying process in a drying
region (14), an outgassing process in an outgassing region (15) and a burnout process
in a burnout region (16),
wherein conveying means (3) are provided for continuously conveying the fuel (4) through
the drying region (14), the outgassing region (15) and the burnout region (16), and
wherein the drying region (14), the outgassing region (15) and the burnout region
(16) are arranged in the combustion space successively and/or in an overlapping manner
in the conveying direction (26),
characterized in that a separate combustion chamber is provided, wherein the volatile components of the
fuel are fed to said separate combustion chamber together with the combustion gases
and optionally post-combusted therein by introducing secondary air,
that the solids combustion of the fuel takes place while it is continuously conveyed,
preferably in a screw conveyor, and
that the combustion of the volatile components of the fuel takes place in a combustion
chamber, which is connected to the combustion space,
such that the individual phases of the conversion of the fuel in the drying region
and in the burnout region are separated from the combustion of the volatile components
of the fuel, which takes place in the outgassing region and in the combustion chamber,
particularly in the primary combustion chamber and the secondary combustion chamber.
2. The device according to claim 1, characterized in that the outgassing region (15) is connected to a primary combustion chamber (12), that
the outgassing region (15) at least partially comprises the primary combustion chamber
(12) and/or that the primary combustion chamber (12) is connected to a secondary combustion
chamber (13).
3. The device according to claim 1 or 2, characterized in that the volatile components of the fuel are in the outgassing region at least partially
oxidized with the primary air, wherein this reaction particularly takes place in the
primary combustion chamber, which extends from the firebed of the outgassing region
into the combustion chamber through the combustion chamber opening, and that the secondary
combustion chamber is arranged downstream of the primary combustion chamber referred
to the flow direction of the ascending combustion gases.
4. The device according to one of claims 1-3, characterized in that primary air openings (7) for supplying primary air (6) are provided in the outgassing
region (15) and/or in the burnout region (16), and that secondary air openings (9)
for supplying secondary air (8) are optionally provided upstream of and/or in the
secondary combustion chamber (13) .
5. The device according to one of claims 1-4, characterized in that a combustion residue discharge region (11) for discharging the combustion residue
is provided downstream of the burnout region (16) referred to the conveying direction
(26), wherein the discharge is preferably realized with the aid of the conveying means
(3).
6. The device according to one of claims 1-5, characterized in that a fuel feed (5) for introducing the fuel is provided upstream of the drying region
(14) referred to the conveying direction (26), wherein the introduction is preferably
realized with the aid of the conveying means (3).
7. The device according to one of claims 1-6, characterized in that the conveying means (3) are realized in the form of bucket elements (21), which are
arranged along a conveying shaft (22), wherein the conveying shaft (22) can be driven
at least in a rotatory manner by means of a drive (19, 23), and/or that the conveying
means (3) are realized in the form of a screw conveyor, wherein the bucket elements
(21) extend helically through the combustion space and can be driven at least in a
rotatory manner by means of a drive (19, 23), and wherein the bucket elements (21)
preferably are arranged around the conveying shaft (22) helically and in a band-shaped
manner.
8. The device according to one of claims 1-7, characterized in that at least some of the helically extending bucket elements (21) have a smaller pitch
in the burnout region (16) than in the outgassing region (15), that the distance between
two successive bucket elements (21) is smaller in the burnout region (16) than in
the outgassing region (15) and/or that the conveying speed of the fuel (4) in the
conveying direction (26) is slower in the burnout region (16) than in the outgassing
region (15).
9. The device according to one of claims 1-8, characterized in that conveying takes place in a conveying direction (26), which essentially extends horizontally,
angularly or in a direction other than vertical.
10. The device according to one of claims 1-9, characterized in that the combustion space shell (2) and/or the conveying shaft (22) can be cooled with
primary air and/or secondary air, that primary air and/or secondary air is conveyed
through the shaft cavity (28) of the conveying shaft (22) and/or the shell cavity
(31) and/or that primary air and/or secondary air can be pre-heated by being conveyed
through the shaft cavity (28) and/or the shell cavity (31) .
11. A method for the combustion of free-flowing solid fuel such as wood pellets or wood
chips in a combustion space,
wherein the fuel in the combustion space undergoes a drying process in a drying region,
an outgassing process in an outgassing region and a burnout process in a burnout region,
and
wherein the fuel is continuously conveyed through firstly the drying region, then
the outgassing region and subsequently the burnout region with the aid of conveying
means,
characterized in that the volatile components of the fuel are fed to a separate combustion chamber together
with the combustion gases and optionally post-combusted therein by introducing secondary
air,
that the solids combustion of the fuel takes place while it is continuously conveyed,
preferably in a screw conveyor,
and that the combustion of the volatile components of the fuel preferably takes place
in the combustion chamber, which is connected to the combustion space, such that the
individual phases of the conversion of the fuel in the drying region and in the burnout
region are separated from the combustion of the volatile components of the fuel, which
takes place in the outgassing region and in the combustion chamber, particularly in
the primary combustion chamber and the secondary combustion chamber.
12. The method according to claim 11, characterized in that oxygen, particularly primary air, is supplied in the outgassing region and/or in
the burnout region, and that the volatile components of the fuel, which escape from
the fuel during the outgassing process, are conveyed into a combustion space and oxidized
therein with primary air and/or secondary air.
13. The method according to one of claims 11 or 12, characterized in that the fuel is conveyed through the combustion space with a conveying speed, wherein
the conveying speed is slower in the burnout region than in the outgassing region
and/or in the drying region, and that the fuel preferably has a respective residence
time in the drying region, in the outgassing region and in the burnout region, wherein
the residence time preferably is longer in the burnout region than in the outgassing
region and/or in the drying region.
14. The method according to one of claims 11-13, characterized in that the volatile components of the fuel are combusted in the primary combustion chamber
and in the secondary combustion chamber.
15. The method according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel is conveyed from a fuel feed into a drying region, then into an outgassing
region, subsequently into a burnout region and ultimately into a combustion residue
discharge region by means of a screw conveyor, which is driven in a rotatory manner,
and that the screw conveyor has a smaller pitch in the burnout region than in at least
one other region in order to increase the residence time.
1. Dispositif destiné à la combustion d'un combustible solide s'écoulant facilement (4),
comme des granulés de bois ou un matériau déchiqueté,
le combustible (4) passant dans l'espace de combustion (1), par une zone de séchage
(14) dans un processus de séchage, par une zone de dégazage (15) dans un processus
de dégazage et par une zone d'incinération (16) dans un processus d'incinération,
des moyens de transport (3) étant prévus pour le transport continu du combustible
(4) à travers la zone de séchage (14), la zone de dégazage (15) et la zone d'incinération
(16),
la zone de séchage (14), la zone de dégazage (15) et la zone d'incinération (16) dans
l'espace de combustion étant disposées dans le sens du transport (26) l'unes derrière
l'autre et/ou se chevauchant entre elles,
caractérisé en ce qu'une chambre de combustion séparée est prévue,
à laquelle les composants volatiles du combustible avec les gaz de combustion sont
acheminés et y sont ultérieurement brûlés le cas échéant par apport d'air secondaire,
en ce que la combustion des matières solides du combustible a lieu avec un transport continu,
de préférence dans un convoyeur à vis,
en ce que la combustion des composants volatiles du combustible a lieu dans une chambre de
combustion reliée à l'espace de combustion,
de telle sorte que les phases individuelles de la transformation du combustible dans
la zone de séchage et dans la zone d'incinération sont séparées de la combustion des
composants volatiles du combustible, laquelle intervient dans la zone de dégazage
et dans la chambre de combustion, notamment dans la chambre de combustion primaire
et la chambre de combustion secondaire.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone de dégazage (15) est reliée à une chambre de combustion primaire (12), en ce que la zone de dégazage (15) comprend au moins en partie la chambre de combustion primaire
(12) et/ou en ce que la chambre de combustion primaire (12) est reliée à une chambre de combustion secondaire
(13).
3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les composants volatiles du combustible sont au moins en partie oxydés dans la zone
de dégazage avec de l'air primaire, cette réaction ayant lieu notamment dans la chambre
de combustion primaire, qui s'étend du lit ardent de la zone de dégazage à travers
l'ouverture de la chambre de combustion dans la chambre de combustion et en ce que la chambre de combustion primaire est disposée dans le sens d'écoulement des gaz
de combustion ascendants à la suite de la chambre de combustion secondaire.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que dans la zone de dégazage (15) et/ou dans la zone d'incinération (16), des ouvertures
d'air primaire (7) sont prévues pour l'alimentation de l'air primaire (6) et en ce que des ouvertures d'air secondaire (9) sont éventuellement prévues avant et/ou dans
la chambre de combustion secondaire (13) pour l'alimentation d'air secondaire (8)
.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que dans le sens du transport (26), une zone d'extraction des résidus de combustion (11)
est prévue après la zone d'incinération (16) pour extraire les résidus de combustion,
l'extraction ayant lieu de façon préférée par les moyens de transport (3) .
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'une alimentation en combustible (5) est prévue dans le sens du transport (26) avant
la zone de séchage (14) pour introduire du combustible, l'introduction ayant lieu
de façon préférée par les moyens de transport (3).
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de transport (3) sont exécutés comme des éléments à aubes (21) disposés
le long d'un arbre de transport (22), l'arbre de transport (22) pouvant être au moins
entraîné de façon rotative par un système d'entraînement (19, 23), et/ou en ce que les moyens de transport (3) sont exécutés sous la forme d'un convoyeur à vis sans
fin, les éléments à aubes (21) s'étendant en forme d'hélice à travers l'espace de
combustion et pouvant être au moins entraînés de façon rotative par un système d'entraînement
(19, 23), les éléments à aubes (21) étant disposés de préférence en forme d'hélice
et en forme de bande autour de l'arbre de transport (22).
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les éléments à aubes passant en forme d'hélice (21) dans la zone d'incinération (16)
comportent au moins en partie un pas plus faible que dans la zone de dégazage (15),
en ce que l'intervalle entre deux éléments à aubes (21) successifs dans la zone d'incinération
(16) est plus faible que dans la zone de dégazage (15) et/ou en ce que la vitesse de transport du combustible (4) dans le sens du transport (26) est plus
faible dans la zone d'incinération (16) que dans la zone de dégazage (15).
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le transport a lieu dans un sens de transport (26) qui passe pour l'essentiel horizontalement,
en diagonale ou dans une direction s'écartant de la perpendiculaire.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'enveloppe de l'espace de combustion (2) et/ou l'arbre de transport (22) peut être
refroidie avec de l'air primaire et/ou de l'air secondaire, en ce que de l'air primaire et/ou de l'air secondaire est dirigé à travers l'espace creux d'arbre
(28) de l'arbre de transport (22) et/ou l'espace creux d'enveloppe (31) et/ou en ce que l'air primaire et/ou l'air secondaire peut être préchauffé en passant par l'espace
creux d'arbre (28) et/ou l'espace creux d'enveloppe (31).
11. Procédé destiné à la combustion d'un combustible solide s'écoulant facilement comme
des granulés de bois ou du matériau déchiqueté dans un espace de combustion,
le combustible passant dans l'espace de combustion , par une zone de séchage dans
un processus de séchage, par une zone de dégazage dans un processus de dégazage et
par une zone d'incinération dans un processus d'incinération,
le combustible étant transporté en continu par des moyens de transport d'abord à travers
la zone de séchage, puis à travers la zone de dégazage et ensuite à travers la zone
d'incinération,
caractérisé en ce que
les composants volatiles du combustible avec les gaz de combustion sont acheminés
à une chambre de combustion séparée et y sont ultérieurement brûlés le cas échéant
par apport d'air secondaire,
en ce que la combustion des matières solides du combustible a lieu avec un transport continu,
de préférence dans un convoyeur à vis,
et en ce que la combustion des composants volatiles du combustible a lieu de préférence dans une
chambre de combustion reliée à l'espace de combustion,
de telle sorte que les phases individuelles de la transformation du combustible dans
la zone de séchage et dans la zone d'incinération sont séparées de la combustion des
composants volatiles du combustible, laquelle intervient dans la zone de dégazage
et dans la chambre de combustion, notamment dans la chambre de combustion primaire
et la chambre de combustion secondaire.
12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que dans la zone de dégazage et/ou dans la zone d'incinération de l'oxygène, notamment
de l'air primaire, est acheminé et en ce que pour le processus de dégazage les composants volatiles du combustible s'échappant
du combustible sont dirigés dans un espace de combustion et y sont oxydés avec de
l'air primaire et/ou de l'air secondaire.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 ou 13, caractérisé en ce que le combustible est transporté à travers l'espace de combustion à une vitesse de transport,
la vitesse de transport dans la zone d'incinération étant plus faible que dans la
zone de dégazage et/ou dans la zone de séchage et en ce que le combustible comporte de préférence respectivement dans la zone de séchage, dans
la zone de dégazage et dans la zone d'incinération une durée de séjour, la durée de
séjour dans la zone d'incinération étant plus élevée que dans la zone de dégazage
et/ou dans la zone de séchage.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce que les composants volatiles du combustible sont brûlés dans la chambre de combustion
primaire et dans la chambre de combustion secondaire.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le combustible est transporté d'une alimentation de combustible dans une zone de
séchage, puis dans une zone de dégazage, ensuite dans une zone d'incinération et puis
dans une zone d'extraction de résidus de combustion par un convoyeur à vis sans fin
entraîné de façon rotative et en ce que le convoyeur à vis comporte un pas plus petit que dans au moins une autre zone pour
augmenter la durée de séjour dans la zone d'incinération.
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In der Beschreibung aufgeführte Patentdokumente