TECHNISCHES GEBIET
[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbrennen von Bio-Staubmassen und Bio-Feststoffmassen.
[0002] Biomassen, die für Heizzwecke und zur thermischen Entsorgung zur Verfügung stehen,
sind beispielsweise Stückholz, Späne, Sägemehl, Hackschnitzel, Biofeinstäube und Biogrobstäube.
Die fortschreitende Entwicklung der Fertigungstechnologien in der Holz verarbeitenden
Industrie hat nicht nur zu verkürzten Werkstücklaufzeiten, sondern auch zu einem erheblich
feineren, staubartigen Produktionsabfall geführt, der in der Industrie und im Handwerk
heute einen Anteil von 70 bis 80 % (Prozent) der Holzreststoffe ausmacht. Ein weiterer
Anwender der Holzverbrennung ist das Bäckerhandwerk. Die Verbrennung solcher Reststoffe
ist eine Herausforderung an die Feuerungsbauer. Der regelmäßig eingesetzte Rost mit
zusätzlicher Primärluftzugabe erreicht bei den meisten Feuerungsanlagen nicht mehr
die geforderten niedrigen Emissionswerte.
STAND DER TECHNIK
[0003] Zur Wärmegewinnung aus Biomassen sind Schub-, Schrägrost-Schnecken-, Unterschub-
und Staubeinblas-Feuerungen als Verbrennungssysteme bekannt. Mit der bisher bekannten
Anlagentechnik wird die Reststoff-Biomasse, die vorwiegend stückig anfällt, zufriedenstellend
verbrannt.
[0004] Aus der EP-A-0 473 618 ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt, bei
der eine schneckenförmige Gasströmung erzeugt wird. Bei staubartigen Brennstoffen,
die sehr trocken und deren Strukturen in den meisten Fällen als "einblaspflichtig"
im Sinne der deutschen Norm TRD 414 "Holzfeuerungen an Dampfkesseln" einzustufen sind
oder zumindest im Grenzbereich dieser Vorschrift angesiedelt sind, wird mit der aus
dieser Druckschrift bekannten Zyklon-Einblasfeuerung eine Verbrennung in einer rotierenden
Bewegung erzeugt, wodurch die Abgaswerte CO und CO-Gesamt ausreichend gut werden.
Diese Vorrichtung ist mit einem Gliederkopfgebläse ausgerüstet. Der Leistungsbereich
entsprechender Verbrennungsanlagen liegt bei 50 KW bis 10.000 KW. Die Öl- und Gasverbrennung
findet überwiegend in einer in Rotation überführten Flamme statt.
[0005] Die nach der Verbrennung noch vorhandene Staub-Asche (Reststaub) und NO
x stellen allerdings immer noch die größte Herausforderung dar, wenn Fliehkraftabscheider
der vorstehenden oder vergleichbaren Art den Reststaub von den Heißgasen trennen sollen.
Viele bekannte Anlagen werden im Lastbetrieb mit zuviel Luftüberschuss gefahren. Das
hat zur Folge, dass eine zu große Rauchgasmenge die Kesselzüge durchströmt und dadurch
der insbesondere Feinstaub vom Glutbett in Strähnen mitgerissen und ausgeblasen wird.
Eine Nachrüstung mit einem Schlauch- oder Elektrofilter wird als oft die einzige,
allerdings sehr kostenintensive Lösung angesehen, diese Stäube zu "beseitigen". Bei
Anlagen unter 2.000 KW übersteigen aber bereits die Anschaffungskosten eines dementsprechenden
Filters die des Kessels mit Feuerung.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem vorstehend beschriebenen
Stand der Technik eine Vorrichtung zum Verbrennen von Bio-Staubmassen und Bio-Feststoffmassen
anzugeben, bei der möglichst wenig umweltbelastende Schadstoffe entstehen und emittiert
werden.
[0007] Diese Erfindung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gegeben. Weiterbildungen der
Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
[0008] Die erfindungsgemäße Vorrichtung bedeutet für die holzverarbeitende Industrie und
das Bäckerhandwerk einen großen technischen Fortschritt im Hinblick auf die thermische
Energiegewinnung und Entsorgung der Reststoffe.
[0009] Alte und neue Biomassen-Feuerungen können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerüstet
beziehungsweise nachgerüstet werden. Eine derartige erfindungsgemäße Vorrichtung kann
mit einem durch einen Frequenzumrichter geregelten Gliederkopfgebläse gemäß EP 0 344
498 oder mit einem Flügelrad mit gelochter Beschaufelung betrieben werden.
[0010] Die Frischluft kann im Wellen-Flanschbereich angesaugt und zur Motorkühlung eingesetzt
werden. Frischluft kann auch über separate Ansaugöffnungen dem Gebläsebereich zugeführt,
in Rotation versetzt und kompakt beschleunigt werden. Die entsprechend rotierende
Frischluft wird dann über einen Ringraum dem Mischraum zugeführt, zusätzlich mit aus
dem Feuerungsraum rückgeführtem Heißgas vermischt und dann dem Verbrennungsprozess
zugeführt.
[0011] Durch eine räumlich integrierte kombinatorische Anordnung von Gebläsebereich und
Mischraum kann eine in sich bauteilmäßig fest verbundene "Gas-Mischbatterie" entstehen.
Der Feuerungsraum ist dieser Gas-Mischbatterie strömungsmäßig nachgeordnet. Der Übergangsbereich
oder Grenzbereich zwischen dieser Gas-Mischbatterie und dem Feuerungsraum ist vorzugsweise
wassergekühlt ausgebildet. Die kälteste Zone dieser Gas-Mischbatterie liegt im Gebläsebereich.
Die wärmere Zone liegt im Mischraum. Die im Zentrum des Mischraums großflächig entstehende
Gas-Dralldüse ist der herrschenden Stauwärme (ca. 900 °C (Grad Celsius)) des nachgeschalteten
Feuerungsraumes ausgesetzt. Die in der Mischkammer radial rotierende Gasmasse erzeugt
im Zentrum einen sehr starken Gasunterdruck - Auge eines Wirbelstromes -, was zu einer
Rückströmung von CO-haltigem Heißgas vom Feuerungsraum zur inneren Stauscheibe führt,
die aus Gründen einer erhöhten thermischen Belastung als Hitzeschild ausgebildet sein
kann. Der CO-beladene Teilstrom erwärmt die Gase im Mischraum auf ca. 200 bis 300
°C (Grad Celsius) . Im Grenzbereich zwischen Mischraum und Feuerungsraum liegt die
Temperatur dagegen bei etwa 500 °C bis 700°C (Grad Celsius) . Die einmal eingesetzte
Energie zur Förderung und Erzeugung der Radialströmung am Anfang des Prozesses, die
stufenweise Temperaturerhöhung der Gase mit den physikalisch freiwerdenden Expansionskräften
zeigen deutlich, dass die Vorrichtung eine optimal kontinuierliche thermochemische
Verbrennung zulässt und sicherstellt.
[0012] Bei einer Kettenglieder-Anordnung im Gliederkopfgebläse wird zur Erzeugung der rotierenden
Luftmasse bei einer externen Rauchgasrückführung im Gebläsebereich vergleichsweise
wenig Frischluft benötigt. Solches rückgeführtes Rezigas (nach Durchtritt durch einen
Staubabscheider rückgeführtes gereinigtes heißes Rauchgas), welches CO-arm ist, kann
dem Gebläse beziehungsweise dem Ringraum zugeführt und zur Kühlung über den Hitzeschild
geleitet werden. Dadurch stabilisiert sich zusätzlich im Mischraum die Radialströmung.
Durch eine konzentrische Verjüngung des Mischraumes kann die rotierende Mischgas-Verbrennungsluft
eingeschnürt und in einer spiralförmigen, koaxialen Radialströmung verdichtet gezielt
gegen das in dem nachgeschalteten Feuerungsraum vorhandene Glutbett geblasen werden.
Es ist allerdings auch möglich, die Mischgas-Verbrennungsluft durch einen Ringspalt,
der in einer den Mischraum abströmseitig begrenzenden und eine zentrale Öffnung aufweisenden
Ringwand ausgebildet ist, in den Feuerungsraum nicht eingeschnürt zu entlassen.
[0013] Die durch das vorbekannte Gliederkopfgebläse erzeugte Kommunikationszone der Gasströmung
mit der Zuluft beziehungsweise Umgebungsluft liegt im Peripheriebereich des Ringraumes,
an der Innenseite der Kammerwand. Die erfindungsgemäß geschaffene Kommunikationszone
befindet sich mit einem erheblich verbesserten Wirkungsgrad dagegen am Ende des neu
vorhandenen Mischraumes nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung in der Querschnittsfläche
der als Dralldüse wirkenden Gas-Durchtrittsöffnung im Bereich einer konzentrischen
Verjüngung des Mischraumes in dessen Übergang zum Feuerungsraum, oder nach einer anderen
Ausführungsform der Erfindung im Ringspalt einer die Gas-Durchtrittsöffnung enthaltenden
Ringwand.
[0014] Eine beschleunigte, verdichtete und eingeschnürte Mischgas-Verbrennungsluft wird
nach dem Passieren der Dralldüse sich schlagartig im nachgeschalteten Feuerungsraum
entspannen. Die um das Auge, das Zentrum der Rotationsachse, stabil rotierende Mischgas-Gaswalze
(Feuerwalze) kann dann zielgerichtet über einer Glutbettoberfläche enden; der Peripheriebereich
dieser Feuerwalze kommuniziert mit dem Schwelgas über dem Glutbett im Flammenbereich
der Ausbrandzone und versetzt das ganze Volumen der Heißgasmasse im Feuerungsraum
in eine sanfte, endlos rotierende Bewegung. Dies führt zu einer optimalen und schnellen
Freisetzung der Methangase aus der Biomasse. Die restlichen Kohlenwasserstoffe des
Holzkohle-Kohlenwasserstoff-Gemisches können nachträglich im Heißgasbereich mit der
nötigen Verweilzeit ausglühen. Die Verbrennung ist besonders optimal, wenn die Flammenwalze
beziehungsweise Feuerwalze wenig Kontakt mit den Wänden des Feuerungsraumes hat.
[0015] Die interne, zentrale Rezigas-Rückführung zum inneren Hitzeschild, wodurch derselbe
gekühlt wird, und eine zusätzliche oder alternative Beimischung des Rezigases zur
Frischluft, vermischt als Verbrennungsluft vor dem Passieren der Dralldüse, hat folgende
Vorteile:
1. die Flammentemperatur im Feuerungsraum wird abgesenkt,
2. die NOx-Emission wird dadurch um ca. 30 % reduziert,
3. die Verbrennung kann je nach Brennstoff mit wenig Luftüberschuss betrieben werden,
4. der Staubaustrag wird reduziert und der Wirkungsgrad der Anlage verbessert.
[0016] Die so erzeugte Heißgaswalze lässt in den nachgeschalteten, bestehenden oder nachgerüsteten
Feuerungsräumen eine stufenlose schadstoffarme Verbrennung von Biomassen im Regelbereich
von 30 % bis 100 % mit der nötigen Temperatur-Vermischung und -Verweilzeit zu. Durch
Verändern der Querschnitte vom inneren Hitzeschild beziehungsweise der Dralldüse kann
die spiralförmige Radialströmung in den Feuerungsräumen den jeweiligen Anforderungen,
insbesondere auch der Lage, Form und Größe eines Glutbettes angepasst werden. Die
jeweils entstehende spiralförmige, rotierende Radialströmungs-Feuerwalze kann durch
diese Veränderungen länger und konstanter oder kürzer und labiler bezüglich ihrer
Rotationsform gestaltet werden.
[0017] Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vertikal, horizontal oder diagonal, als Einblas-
und/oder als Unterschubfeuerung ausgebildet sein.
[0018] Durch Platzierung der Vorrichtung an geeigneter Stelle, zum Beispiel seitlich über
dem Glutbett im Flammbereich, lässt sich die spiralförmige Verbrennungsluftwalze gezielt
über der Glutbettoberfläche enden. Der Staubanteil vom Verbrennungsmaterial bleibt
durch die gleichsam drückend gegen das Glutbett anliegende Mischgas-Feuerwalze im
Glutbett liegen. Das bedeutet, dass in der über dem Glutbett rotierenden Feuerwalze
kaum Reststaub vorhanden ist. Der Reststaubaustrag ist dadurch sehr gering. Die Verbrennung
kann folglich in optimaler Weise beeinflusst und geregelt werden.
[0019] Beim Abbrand von stückigem Holz im Backraum, der beispielsweise bei einem altbekannten
Holzbackofen (Länge ca. 2,5 m (Meter), Breite ca. 1,8 m, Höhe ca. 0,25 m, ohne Rost)
gleichzeitig der Brennraum ist, wird die spiralförmig rotierende Frischluft seitlich
dem Glutbett im Abströmbereich der verbrennenden Biomassen zugeführt. Die einmal erzeugte
rotierende Gas- beziehungsweise Feuerwalze ist unabhängig von der Umlaufgeschwindigkeit
und ist immer vorhanden und sichtbar.
[0020] Bekannte Walzen- oder Schubrostfeuerungen, die den Brennstoff beim Verbrennen wenden
und in Bewegung halten, haben überwiegend große Freiräume über dem Glutbett. Beim
Teillastbetrieb solcher Anlagen wird das großflächige Glutbett durch Reduzierung der
Verbrennungsluft schlecht mit Sauerstoff versorgt; eine Vermischung findet nur bedingt
statt. Das Abströmen von unverbrannten Gasen kann dadurch praktisch nicht verhindert
werden. Bei durch die erfindungsgemäße Vorrichtung sanierten Schubrostfeuerungen bleibt
dagegen die Feuerwalze optisch sehr gut sichtbar. Beim Schwachlastbetrieb sieht man,
dass das Glutbett gelb bis hellrot leuchtend erhalten bleibt und nicht schwarz verendet,
was ein sichtbares Zeichen für eine optimale Verbrennung ist. Die Feuerwalze drückt
nämlich die vor dem Glutbett vorhandene Stauwärme gegen das Glutbett und sorgt so
auch bei Teillastbetrieb für ausreichende Luftzufuhr.
[0021] Bei erfindungsgemäßen Anlagen, die mit einer Unterschubschnecke ausgerüstet sind
und bei denen dementsprechend der Brennstoff eingeschoben wird, wird kein Rost benötigt.
Eine sekundäre Luftzugabe und ein Teil einer primären Luftzugabe können über die Dralldüse
erfolgen, und zwar in einer spiralförmig rotierenden Gaswalze in axialer Abströmrichtung
zum Glutbett hin. Eine weitere primäre Luftzugabe in den vorderen unteren Glutbettbereich
hinein kann über Gasausblasdüsen erfolgen, die in der Stirnwand des äußeren Hitzeschildes
platziert sein können. Ihr Luftstrahl kann dann enden und wirken im Glutbett in axialer
Abströmrichtung, insbesondere im unteren Bereich des Glutbettes.
[0022] Bei Grob- oder Feinstaubeinblasfeuerungen wird der Staub der spiralförmig rotierenden
Gaswalze über Einblasdüsen zugesetzt. Stäube mit viel Grobanteil werden vorzugsweise
tangential im Wandbereich - mit 15° (Altgrad) bis 45° (Altgrad) zur Zentrumsachse
geneigt - eingeblasen. Zur Zündung muss in aller Regel in der nachgeschalteten Zyklon-Feuerung
ein Gas- oder Ölzündbrenner platziert sein, der die Verbrennung sicherheitstechnisch
überwacht. Feiner, trockener Staubanteil brennt sofort. Die dabei freiwerdende Stauwärme,
als Flamme im Zündbereich sichtbar, stabilisiert die Krackphase des gröberen Reststaubanteiles
der in der Rotation abnehmenden, labiler werdenden, immer sichtbar bleibenden, endlos
rotierenden, zyklonartigen Feuerwalze. Allerdings kann bei solchen Staubeinblasfeuerungen
ein nachgeschalteter Staubfilter, insbesondere bei größeren Anlagen, erforderlich
werden.
[0023] Bei einer auch in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform besitzt die im vorliegenden
Beispielsfall als Hitzeschild ausgebildete Stauscheibe eine zentrale Öffnung. Die
aus dem Feuerungsraum in den Mischraum zurückströmenden Gase werden dadurch nicht
vollständig an der Stauscheibe radial nach außen umgelenkt, sondern strömen teilweise
direkt in die Gebläseeinrichtung und dann wieder über den Ringraum in den Mischraum
zurück. Dies hat einen stabilisierenden Einfluss auf die rotierende Gaswalze im Mischraum
und kann auch als interne NO
x-Reduzierung bezeichnet werden.
[0024] Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der
Beschreibung und der Zeichnung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
[0025] Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
- Fig. 2
- einen Schnitt durch ein bei einer Vorrichtung ähnlich der von Fig. 1 zu verwendendes,
mit einer zentralen Öffnung versehenes Hitzeschild,
- Fig. 3
- einen Querschnitt längs der Linie A - A der Fig. 1,
- Fig. 4
- eine Ansicht "x" der Vorrichtung gemäß Fig. 1,
- Fig. 5
- eine Vorrichtung ähnlich der von Fig. 1 mit einer zusätzlichen Staubeinblaseinrichtung,
- Fig. 6
- eine Seitenansicht eines Holzkessels mit einer Schnecken-Unterschubfeuerung und mit
einer integrierten, erfindungsgemäßen Vorrichtung,
- Fig. 7
- einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
- Fig. 8
- eine Vorrichtung ähnlich der von Fig. 5, aber mit einer andersartigen, dezentralen
Staubeinblaseinrichtung und mit einem Ringspalt in der den Mischraum abströmseitig
begrenzenden Ringwand, und
- Fig. 9
- einen Schnitt längs der Linie 9 - 9 von Fig. 8.
WEGE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
[0026] Eine Feuerungsanlage 10 dient zum Verbrennen von Bio-Staubmassen und Bio-Feststoffmassen.
Die Feuerungsanlage 10 besitzt einen Feuerungsraum 12, in dem Feststoffmassen 14 (Fig.
6) verbrannt werden können.
[0027] Eine Gas-Mischbatterie 20 erzeugt eine Gaswalze 90 und stellt eine kompakte Baueinheit
dar, die in einem in der Wand 22 der Feuerungsanlage 10 vorhandenen Durchbruch 24
gasdicht eingesetzt ist. Die Gas-Mischbatterie 20 besitzt eine äußere Gehäusewand
26, die in ihrem mittleren Bereich kreiszylinderförmig ausgebildet ist und einen Mischraum
28 zylinderförmig einhüllt. Auf ihrer, bezogen auf den Feuerungsraum 12, abgewandten
Seite ist die Gehäusewand 26 durch eine Rückwand 30 verschlossen. In der Rückwand
30 ist eine zentrale Öffnung, in der eine Welle 32 drehbar gelagert ist, die über
einen motorischen Antrieb 34 um die Längsachse 36 der Gas-Mischbatterie 20 in Rotation
versetzt werden kann. An der Welle 32 sind im vorliegenden Fall zwei Kränze von Kettengliedern
38, 40 befestigt, die zusammen mit der Welle 32 um die Achse 36 rotieren können. Die
Kränze sind beweglich an der Welle 32 befestigt. Im vorliegenden Beispielsfall sind
die Kettenglieder 38, 40 auch untereinander beweglich ausgebildet.
[0028] In den Bereich der Kettenglieder 38, 40 ragt eine durch die Rückwand 30 hindurchgeführte
Zuleitung 42 hinein. Diese Zuleitung 42 definiert eine Ansaugöffnung 44 für in den
Bereich der Kettenglieder 38, 40 einzuleitende Frischluft und Rezigas. Der Bereich
der Kettenglieder stellt den Gebläsebereich 46 des im Wesentlichen aus den Kettengliedern
38, 40 und dem Antrieb 34 bestehenden Gebläses 48 dar.
[0029] Abströmseitig, im Übergangsbereich zwischen dem Gebläsebereich 46 und dem Mischraum
28, ist ein zentrisches Hitzeschild 50 vorhanden. Auf seiner Anströmseite wird das
Hitzeschild 50 von einem Gehäuse 52 eingefasst. In dieses Gehäuse 52 ragt eine Leitung
54 hinein, die den Gebläsebereich 46 und die Rückwand 30 durchstößt. Die Öffnung 56
dieser Leitung 54 stellt eine Ansaugöffnung für Frischluft und Rezigas dar. Frischluft
und Rezigas können also durch die Leitung 42 (in den Gebläsebereich 46) und durch
die Leitung 54 (in den Bereich des Gehäuses 52 des Hitzeschildes 50) jeweils eingeleitet
werden.
[0030] Das Gehäuse 52 besitzt Öffnungsschlitze 58, durch die das in das Gehäuse 52 eingeleitete
Gemisch von Frischluft und Rezigas in einen Ringraum 60 radial austreten kann, der
das Hitzeschild 50 radial außen umgibt. Der Ringraum 60 ist also zwischen dem Hitzeschild
50 und der Gehäusewand 26 ausgebildet und stellt die strömungsmäßige Verbindung zum
Mischraum 28 dar.
[0031] Zum Feuerungsraum 12 hin endet die Gas-Mischbatterie 20 mit einer Ringwand 70, die
als äußeres Hitzeschild ausgebildet ist. Die Ringwand 70 besitzt eine zentrale Öffnung
72. Die Innenseite der Ringwand 70 ist in einem fließenden Übergang mit der Gehäusewand
26 verbunden. Dieser an der Ringwand 70 anliegende Gehäusewandbereich 78 ist mit der
Gehäusewand 26 einstückig verbunden. Die im vorliegenden Fall metallische Gehäusewand
26 bildet also im Bereich der Ringwand 70 eine innere Verkleidung dieser Ringwand
70. Auf der in Fig. 1 rechten Seite dieser Ringwand 70 befindet sich der Feuerungsraum
12, wie insbesondere der Fig. 6 schematisiert zu entnehmen ist.
[0032] Im Gegensatz zu dem in Fig. 1 dargestellten, vollflächigen Hitzeschild 50 ist bei
dem in Fig. 2 im Schnitt dargestellten Hitzeschild 50.2 eine zentrale Öffnung 62 vorhanden.
Dadurch kann ein gewisser Strömungsausgleich zwischen dem Gebläsebereich 46 und dem
Mischraum 28 stattfinden. Statt einer Öffnung 62 können auch mehrere Öffnungen angeordnet
sein.
[0033] Bei der in Fig. 5 dargestellten Feuerungsanlage 10.5 werden die Bio-Staubmassen über
eine Einblasleitung 18 zugeführt (Pfeil 16). Die Einblasleitung 18 ist bei dieser
Ausführungsform Bestandteil der Gas-Mischbatterie 20.
[0034] Die Einblasleitung 18 ragt weitgehend zentrisch durch den Mischraum 28 hindurch und
endet im Bereich der Öffnung 72. Mit ihrem anderen Endbereich durchstößt sie das Hitzeschild
50 und dessen Gehäuse 52 und endet außerhalb der Rückwand 30.
[0035] Die Feuerungsanlage 10 beziehungsweise 10.5 funktioniert auf folgende Weise:
[0036] Durch Rotation der Kettenglieder 38, 40 wird im Bereich des Ringraumes 60 eine rotierende
Luftwalze erzeugt, die sich auf der Innenseite der Gehäusewand 26 durch den Mischraum
28 hindurch als Gaswalze 90 fortsetzt. Im Bereich der Öffnung 72 erfährt diese Gaswalze
90 eine zentrale Einschnürung (Gaswalze 90.2). Im Bereich des Feuerungsraumes 12 entspannt
sich diese Gaswalze 90.2 mehr oder weniger schlagartig nach außen. Infolge der im
Feuerungsraum 12 herrschenden Temperaturen entsteht eine sich radial ausdehnende Heißgaswalze
(Feuerwalze) 90.4, die über dem Glutbett der Feststoffmasse 14 (Fig. 6) endet. Infolge
der starken Rotation dieser Gaswalze 90, 90.2, 90.4 bildet sich im Bereich ihrer Rotationsachse
ein erheblicher Unterdruck. Dadurch wird eine Gasrückströmung (Pfeil 100) bewirkt,
die CO beladenes, heißes Gas als Teilstrom aus dem Feuerungsraum 12 in den Bereich
des Mischraumes 28 zurückführt. Diese Gasrückströmung 100 erwärmt die Gase im Mischraum
auf ca. 200 bis 300°C (Grad Celsius), die Gase im Bereich der Öffnung 72 auf ca. 500
bis 700°C. Diese Gasrückströmung 100 gerät infolge der Rotation der Gaswalze 90 ebenfalls
in eine rotierende Strömungsform 102. Im Bereich des Hitzeschildes 50 wird die Gasrückströmung
100 vollständig nach außen umgelenkt (Pfeile 104) und vermischt sich mit der Gaswalze
90. Dagegen strömt bei dem Hitzeschild 50.2 (Fig. 2) ein zentraler Anteil der Gasrückströmung
100 in den Gebläsebereich 46 hinein. Zusätzlich wird durch die Leitungen 42, 54 Frischluft
und Rezigas in den Ringraum 60 hineingeleitet und von dort ebenfalls der Gaswalze
90 zugeführt. Der CO-Anteil der Gasrückströmung 100 reagiert mit dem Sauerstoff (O
2) der Verbrennungsluft. Die sauerstoffarme Verbrennungsluft ermöglicht somit einen
Verbrennungsprozess mit interner NO
x Reduzierung. Schließlich kann durch die Einblasleitung 18 der Gaswalze 90.2 und damit
auch der Heißgaswalze 90.4 Staub 16 zugeführt werden (Fig. 5).
[0037] Im Bereich des Mischraumes 28 herrschen infolge der Zuleitung von Frischluft und
Rezigas niedrigere Temperaturen als im Bereich des Feuerungsraumes 12. Außerdem findet
im Mischraum 28 eine innige Vermischung der zugeführten Frischluft und des Rezigases
mit dem aus dem Feuerungsraum 12 zurückgeströmten Heißgasgemisch statt. Zusammen mit
der Anordnung des lediglich eine zentrale Öffnung aufweisenden äußeren Hitzeschildes
entsteht eine äußerst stabile Gaswalze sowohl im Bereich des Mischraumes 28 als auch
im Bereich des Feuerungsraumes 12, und zwar auch bei bis zu 30% reduziertem Teillastbetrieb.
[0038] In der Wand 70 sind im vorliegenden Fall zwei weitere Öffnungen 110 vorhanden (Fig.
4), durch die Luft aus dem Mischraum 28 in den Feuerungsraum 12 infolge der durch
die Gaswalze 90 im Mischraum 28 erzeugten Gasströmung hindurchströmen kann. Die Öffnungen
110 sind so ausgerichtet, dass diese zusätzlich in den Feuerungsraum 12 gerichtete
Gasströmung (Primärluft) in Richtung auf die Feststoffmasse 14 beziehungsweise deren
Glutbett 112 gerichtet ist.
[0039] Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsvariante ist eine gegenüber den in Fig.
1 und 5 dargestellten Ausführungsformen vergleichsweise sehr dicke Wand 70.7 vorhanden.
Dadurch lässt sich eine in Strömungsrichtung länger eingeschnürt bleibende Gas- beziehungsweise
Feuerwalze 90.4 erzielen.
[0040] Bei der in Fig. 8 dargestellten Feuerungsanlage 10.8 ist die bei der vorstehend beschriebenen
Feuerungsanlage 10 vorhandene Ringwand 70 als relativ weit in den Feuerungsraum 12
hineinragendes Rohr- beziehungsweise Kanalstück 70.8 ausgebildet. Zusätzlich ist zwischen
diesem Rohrstück 70.8 und der den Feuerungsraum 12 begrenzenden Wand 22 ein Ringspalt
116 vorhanden. Die Einblasleitung, die bei der Fig. 5 in den Mischraum 28 hineinragt,
ist bei dieser Feuerungsanlage 10.8 außerhalb der Gas-Mischbatterie 20 vorhanden,
indem sie durch die Wand 22 hindurchragt und außerhalb des Rohrstückes 70.8 direkt
in dem Feuerungsraum 12 endet. Ihre endseitige Einblasdüse zum Einleiten von Grob-
und insbesondere auch Feinstaub in den Feuerungsraum 12, und damit ihre Auslassöffnung
118, ist so im Feuerungsraum 12 ausgerichtet, dass der Staub 120 parallel zu einem
das Rohrstück 70.8 konzentrisch umgebenden Kreiszylinder ausströmen kann. Dabei strömt
dieser Staub 120 beim Verlassen der Auslassöffnung 118 schräg zur Längsachse 36. In
Fig. 8 ist die in Richtung der Längsachse 36 zeigende Richtungskomponente und in Fig.
9 die in der dazu rechtwinklig ausgerichteten Richtungskomponente der Staubbewegung
schematisiert dargestellt. Auf diese Weise ist eine innige Vermischung dieses Staubs
120 mit der außerhalb des Rohr- beziehungsweise Kanalstücks 70.8 sich ausbildenden
Feuerwalze 90.8 gegeben, wie nachstehend näher beschrieben wird, und zwar ohne dass
der eingeblasene Staub strömungsmäßig mit der Gasrückströmung (Pfeil 100) kollidieren
könnte.
[0041] Aufgrund des Ringspaltes 116 wird die im Mischraum 28 sich ausbildende Gaswalze 90
nicht mehr eingeschnürt, so wie das bei den vorstehenden Ausführungsformen der Fall
ist. Die an der äußeren Gehäusewand 26.8 der Gas-Mischbatterie 20 im Mischraum 28
vorhandene Gaswalze 90 strömt vielmehr durch den Ringspalt 116 hindurch und in den
Feuerungsraum 12 hinein. Ebenso wie bei den vorstehenden Ausführungsformen wird aufgrund
des sich in dem Mischraum 28 ausbildenden, durch die Rotation der Gaswalze 90 bewirkten
Unterdruckes eine Gasrückströmung (Pfeil 100) aus dem Feuerungsraum 12 in den Mischraum
28 hinein bewirkt. Aufgrund der in dem Mischraum 28 vorhandenen rotierenden Gasströmung
der Gaswalze 90 wird auch die Gasrückströmung in eine Rotation versetzt. Die Gasrückströmung
ist mit einer Rotationswendel 100.8 schematisiert dargestellt. Diese mit CO beladene
Gasrückströmung vermischt sich im Mischraum 28 mit durch die rotierenden Kettenglieder
38, 40 angesaugter Frischluft und rückgeführtem Rezigas, so wie das weiter oben bereits
beschrieben ist.
[0042] Diese Feuerungsanlage 10.8 beruht auf der Erkenntnis, dass eine Grob- und Feinstaubverbrennung
keine Einschnürung der Gaswalze, so wie sie bei den Figuren 1 bis 7 beschrieben ist,
benötigt. Durch die direkte Ableitung der im Feuerungsraum 12 zur Feuerwalze werdenden
Gaswalze 90.8 über den Ringspalt 116 strömt die Verbrennungsluft außerhalb des Rohr-
beziehungsweise Kanalstückes 70.8 in den Feuerungsraum 12. Die Zündung des Grob- und
Feinstaubes 120 erfolgt unmittelbar nach seinem Verlassen der Einblasleitung 18.8
und damit nach dem Ausströmen aus der Auslassöffnung 118. Die in der rotierenden Gas-
beziehungsweise Feuerwalze 90.8 im Feuerungsraum 12 sofort freiwerdende Stauwärme
ermöglicht eine schnelle und optimale Verbrennung ohne Grobasche- und Schlackenbildung.
Der Feuerungsraum 12 ist aufgrund der herrschenden hohen Temperaturen feuerfest ausgekleidet.
[0043] Die interne Rezigas-Rückführung und die NO
x-Reduzierung erfolgen in gleicher Weise wie bei der im Zusammenhang mit den Figuren
1 und 7 vorstehend beschriebenen Glutbettfeuerungsanlage.
[0044] Das extern rückgeführte Rauchgas mit seinem Sauerstoffanteil trägt umso mehr zur
NO
x-Reduzierung bei, je mehr noch unverbrannte Kohlenwasserstoffe (CO) im extern rückgeführten
Rezigas vorhanden sind.
1. Vorrichtung (10) zum Verbrennen von Bio-Staubmassen und Bio-Feststoffmassen (14, 16),
mit
- einem Feuerungsraum (12),
- einer Gebläseeinrichtung (48) zum Erzeugen einer rotierenden Feuerwalze (90) in
dem Feuerungsraum (12),
- einer die Gebläseeinrichtung abströmseitig begrenzenden Stauscheibe zum zumindest
teilweisen Abschotten der Gebläseeinrichtung (48) vor aus dem Feuerungsraum (12) rückströmenden
heißen Gasen,
- einem die Stauscheibe radial umgebenden Ringraum (60),
- einer den Ringraum (60) außen umgebenden Gehäusewandung (26),
dadurch gekennzeichnet, dass
- zwischen dem Feuerungsraum (12) und der Gebläseeinrichtung ein Mischraum (28) vorhanden
ist, über den die Gebläseeinrichtung mit dem Feuerungsraum (12) strömungsmäßig verbunden
ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
- der Mischraum (28) abströmseitig eine Querschnittsverjüngung mit einer etwa mittigen
Gasdurchtrittsöffnung (72) aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
- Gasaustrittsöffnungen (110) für Luft in der die Gasdurchtrittsöffnung (72) begrenzenden
Ringwand (70) der Mischkammer (28) so vorhanden sind, dass
- die Luftströmung aus diesen Gasaustrittsöffnungen (110) heraus zum in dem Feuerungsraum
vorhandenen Glutbett (112) gerichtet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
- ein Ringspalt (116) für eine aus dem Mischraum (28) in den Feuerungsraum (12) strömende
Gaswalze (90.8) in der die Gasdurchtrittsöffnung (72) enthaltenden Ringwand (70.8)
der Mischkammer vorhanden ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Ringwand in Art eines in den Feuerungsraum (12) hineinragenden Rohr- oder Kanalstückes
(70.8) ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
- das Rohr- oder Kanalstück (70.8) gekühlt, wie insbesondere wassergekühlt, ausgebildet
ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Stauscheibe als Hitzeschild (50) ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Stauscheibe beziehungsweise das Hitzeschild (50) teilweise gasdurchlässig ausgebildet
ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
- in der Stauscheibe beziehungsweise in dem Hitzeschild (50.2) zumindest eine zentrale
Öffnung (62) vorhanden ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
- eine Zuleitung (18, 18.8) zum Zuführen von Grobstaub und Feinstaub in den Feuerungsraum
(12) hinein vorhanden ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Zuleitung (18) für Grobstaub und Feinstaub (16) in den Mischraum (28) oder in
den Bereich der Gasdurchtritts-öffnung (72) einmündet.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Zuleitung (18.8) für Grobstaub und Feinstaub (120) in den Feuerungsraum (12)
einmündet.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
- der Endbereich der Zuleitung (18.8) für den Staub (120) mit seiner Auslassöffnung
(118) etwa parallel zur Wand des Rohr- beziehungsweise Kanalstücks (70.8) ausgerichtet
ist, so dass der Staub (120) in einer konzentrisch zur Längsachse (36) des Rohr- oder
Kanalstückes (70.8) ausgerichteten Kreiszylinderwand aus der Auslassöffnung (118)
ausströmt.
14. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Gebläseeinrichtung (48) zumindest eine Ansaugöffnung (42, 56) für Frischluft
besitzt.
15. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Gebläseeinrichtung (48) zumindest eine Ansaugöffnung (42, 56) für Rezigas besitzt.
16. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die den Ringraum umgebende Gehäusewandung auch im Bereich des Mischraumes (28) als
äußere Begrenzungswand so vorhanden ist, dass
- ein konstruktives Bauteil zum Erzeugen der Feuerwalze (90) vorhanden ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Gehäusewandung (26, 78) bis zu der Gasaustrittsöffnung (72) sich erstreckt.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die die Gasdurchtrittsöffnung (72) begrenzende Ringwand (70, 70.8) als ein äußeres
Hitzeschild ausgebildet ist.
19. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Gebläseeinrichtung (48) ein Gebläserad (32, 38, 40) besitzt.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet, dass
- das Gebläserad eine zentrale Nabe (32) und an der Nabe beweglich befestigte schaufelartige
Elemente (38, 40) besitzt.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die schaufelartigen Elemente jeweils gegenseitig bewegliche Glieder (38, 40) besitzen.