[0001] Die Erfindung betrifft eine mobile Festbrennstofffeuerungsanlage mit einer Brennkammer,
einem Wärmetauscher mit einer Kühlmittelseite und einer Heißgasseite, die über eine
Heißgasführung mit der Brennkammer verbunden ist, zum Übertragen von Feuerungswärme
aus Rauchgas auf ein Kühlmittel, einem Heißgasantrieb zum Treiben des Rauchgases durch
die Heißgasseite und einem Kühlmittelantrieb zum Treiben des Kühlmittels durch die
Kühlmittelseite.
[0002] Mobile Festbrennstofffeuerungsanlagen werden beispielsweise zur Heutrocknung oder
zur Trocknung eines Gebäudes oder eines Zelts verwendet. Hierfür wird die Festbrennstofffeuerungsanlage
zum Einsatzort gefahren, dort abgestellt und in Betrieb genommen. Zum Betrieb wird
Festbrennstoff in der Brennkammer verbrannt, wobei die freigesetzte Wärme einem Wärmeträger,
in der Regel Wasser, zugeleitet wird, der zur Aufnahme der Wärme um die Brennkammer
herumgeführt ist. Über einen Wärmetauscher wird die Wärme an den Ort ihrer Verwendung
weitergeleitet.
[0003] Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Festbrennstofffeuerungsanlage
anzugeben, die besonders für den mobilen Betrieb geeignet ist.
[0004] Diese Aufgabe wird durch eine Festbrennstofffeuerungsanlage der eingangs genannten
Art gelöst, bei der erfindungsgemäß das Kühlmittel Umgebungsluft ist und der Kühlmittelantrieb
ein Umgebungsluftgebläse umfasst.
[0005] Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass es für einen mobilen Einsatz der
Festbrennstofffeuerungsanlage wichtig ist, dass sie vom Gewicht her möglichst leicht
ausgeführt ist. So sollte die gesamte Festbrennstofffeuerungsanlage - im Folgenden
auch vereinfacht nur Feuerungsanlage genannt - mit einfachen Mitteln, beispielsweise
einen Gabelstapler, anhebbar sein. In dieser Beziehung ist ein üblicher Wärmetransfer
von der Brennkammer beziehungsweise dem Rauchgas auf Wasser nachteilig, da hier das
Wasser als Wärmeträger in der Feuerungsanlage mitgeführt werden muss und somit zu
dessen Gewicht beiträgt.
[0006] Wird das Wasser als Kühlmittel durch Umgebungsluft ersetzt, so kann zwar das Gewicht
des Wassers eingespart werden, der Wärmetauscher muss jedoch erheblich größer ausgeführt
sein, da ein Wärmeübertrag von Rauchgas auf Luft etwa dreimal größere Übertragungsflächen
pro Übertragungsleistung benötigt, als ein Wärmeübertrag von Rauchgas auf Wasser.
Große metallische Übertragungsflächen sind jedoch vom Gewicht schwer, so dass der
Vorteil des ersetzten Wassers zum nicht unerheblichen Teil wieder ausgelöscht wird.
[0007] Wird jedoch ein sehr großer Volumenstrom an warmer Luft benötigt, so kann der Nachteil
eines großen Wärmetauschers jedoch wieder ausgeglichen werden. Denn zum Erzeugen eines
sehr großen Volumenstroms ist ein großer Wärmetauscher vorteilhaft, da mit ihm auf
hohe Drücke oder Geschwindigkeiten im Kühlluftstrom verzichtet werden kann. Bei diesen
speziellen Anwendungen ist somit die Verwendung von Umgebungsluft als Kühlmittel vorteilhaft.
[0008] Die Feuerungsanlage ist zweckmäßigerweise eine Holzfeuerungsanlage für den Betrieb
mit beispielsweise Hackschnitzeln, insbesondere eine Heutrocknungsanlage. Weiter ist
die Feuerungsanlage eine mobile Feuerungsanlage. Sie umfasst zweckmäßigerweise einen
Tragrahmen zum Anheben und Transport der Feuerungsanlage, der insbesondere Einschübe
für standardisierte Gabeln eines Gabelstaplers aufweist.
[0009] Wird Rauchgas als Heißgas verwendet, das aus der Brennkammer in den Wärmetauscher
strömt, so ist der Wärmetauscher extremen thermischen Belastungen ausgesetzt. Die
Wandung zum Wärmetransfer sollte daher aus einem sehr wärmeresistenten und auch chemisch
resistenten Stahl hergestellt sein, um eine starke Oxidation der Wandung zu vermeiden.
[0010] Besonders problematisch ist ein Stromausfall, da dann der Antrieb zum Hindurchtreiben
der Umgebungsluft als Kühlmittel durch den Wärmetauscher ausfällt und der Kühlluftstrom
zusammenbricht oder erheblich reduziert ist. Da die Verbrennung noch eine Weile starke
Hitze erzeugt, die nicht mehr ausreichend abgeführt wird kann im Wärmetauscher und
über ihm ein Hitzestau mit Temperaturen über 1.200°C auftreten.
[0011] Zur Vermeidung von Schäden ist es daher vorteilhaft, wenn die Feuerungsanlage eine
Heißseite und eine Kaltseite aufweist. Hierbei weist zweckmäßigerweise die Heißgasführung
die Heißseite und Kaltseite auf. Der Heißgasweg kann also in einen Heißseitenteil
auf der Heißseite und einen Kaltseitenteil auf der Kaltseite aufgeteilt werden. Auf
die Kaltseite sollte ein Hitzestau möglichst nicht unmittelbar übergreifen. Die beiden
Seiten sind - bezogen auf eine Aufstellfläche, auf der die Anlage steht - zweckmäßigerweise
seitlich nebeneinander angeordnet. Der Feuerungsraum inklusive Feuerungsraumwände
und senkrecht darüber liegende Bereiche der Feuerungsanlage sind zweckmäßigerweise
vollständig auf der Heißseite angeordnet. Ebenfalls sinnvoll ist es, wenn ein Wärmetauschereintritt
auf der Heißseite angeordnet ist. Ein Wärmetauscheraustritt ist zweckmäßigerweise
auf der Kaltseite angeordnet.
[0012] Die Feuerungsanlage umfasst zweckmäßigerweise eine Gasabschirmung, die die Heißseite
und die Kaltseite gasstrommäßig so gegeneinander abschirmt, dass zumindest in der
oberen Hälfte der Feuerungsanlage ein Gasübertritt, insbesondere ein Heißgasübertritt,
von einer Seite zur anderen nur möglich ist, wenn das Gas, insbesondere das Heißgas,
durch den Wärmetauscher strömt. Vorteilhafterweise ist die Kaltseite für aus der Brennkammer
kommende, heiße Rauchgase nur nach einem Durchlaufen zumindest eines Teils des Wärmetauschers
erreichbar.
[0013] Insbesondere sind die Brennkammer und zumindest ein Heißzug des Wärmetauschers auf
der Heißseite und zumindest diejenigen elektrischen Komponenten, die in ihrer Höhe
oberhalb der Brennkammer angeordnet sind, auf der Kaltseite angeordnet. Weiter vorteilhafterweise
sind sämtliche elektrischen Komponenten zumindest auf der Heißseite in ihrer Höhe
- gemeint ist eine Höhe über einem Boden, auf dem die Anlage steht - unterhalb der
Brennkammer angeordnet, beispielsweise unterhalb einer Oberkante der Brennkammer,
insbesondere unterhalb einer Unterkante der Brennkammer. Ein Ausbrandraum über der
Brennkammer wird zweckmäßigerweise nicht zur Brennkammer gerechnet. Ein Brennstofftrichter
bei einer Unterschubfeuerung wird ebenfalls nicht zur Brennkammer gerechnet.
[0014] Insbesondere sind alle elektrischen Aggregate der beiden Gasantriebe und des Brennstoffantriebs
auf der Kaltseite angeordnet. Auf der Kaltseite ist eine Festbrennstoffzuführung zur
Brennkammer vorteilhaft, ein Funkenabscheider und/oder ein nach oben ausgerichteter
Kaltzug des Wärmetauschers.
[0015] Zur Vermeidung von Schäden ist es weiter vorteilhaft, wenn die Kaltseite für aus
der Brennkammer kommende, heiße Rauchgase nur über einen Abstieg in zumindest einem
Zug des Wärmetauschers erreichbar ist. Der Abstieg ist zweckmäßigerweise vollständig
auf der Heißseite angeordnet. Bei einem durch Stromausfall verursachten Hitzestau
in der Anlage muss die extrem erhitzte Luft im Wärmetauscher also zunächst den Weg
nach unten zurücklegen, um aus dem Wärmetauscher auszutreten. Hierbei wird sie abgekühlt,
so dass auch ein anschließender Weg im Wärmetauscher nach oben die überhitzte Luft
nicht sehr stark durch den Wärmetauscher zu ziehen vermag. Der Weg nach unten stellt
daher eine Wärmeblockade dar. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass keine extrem
überhitzte Luft aus der Feuerungsanlage austritt, die eine Beschädigung der Umgebung
oder sogar ein Entzünden von Gegenständen in der Umgebung verursachen könnte.
[0016] Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Wärmetauscher
ein stehender Wärmetauscher mit zumindest einem Heißzug, in dem der Heißgasstrom senkrecht
nach unten ausgerichtet ist, und einem Kaltzug ist, in dem der Heißgasstrom senkrecht
nach oben ausgerichtet ist. Der Heißzug ist im Heißgasstrom zweckmäßigerweise vor
dem Kaltzug angeordnet. Der Heißzug ist vorteilhafterweise auf der Heißseite und der
Kaltzug auf der Kaltseite angeordnet. Die Grenze zwischen Heißseite und Kaltseite
verläuft zweckmäßigerweise durch einen Übergangsbereich zwischen Heißzug und Kaltzug,
insbesondere in einem Bereich einer waagerechten Heißgasführung.
[0017] Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Wärmetauscher ein Wellblechwärmetauscher ist,
bei dem Wellbleche eine Wandung zum Übertragen von Feuerungswärme aus dem Rauchgas
auf das Kühlmittel bilden. Edle Stähle sind erheblich günstiger in Blechen erhältlich,
als in Rohrform. Durch die Verwendung von Blechen als Wandung des Wärmetauschers kann
daher im kostenverträglichen Rahmen auf edle Stähle zurückgegriffen werden, wodurch
eine dünne Ausführung der Wandung und damit eine Gewicht sparende Bauweise des Wärmetauschers
ermöglicht wird. Die Verwendung von dünnen Edelstahlblechen als Wandung für den Wärmetauscher
bringt jedoch die Schwierigkeit mit sich, dass die mechanische Stabilität von dünnen
Blechen geringer ist als von dicken Rohren. Dies kann besonders bei einer mobilen
Feuerungsanlage ein Problem darstellen, da diese besonders hohen mechanischen Beanspruchungen
ausgesetzt ist, die über die übliche thermische Beanspruchung hinausgehen. So muss
die Feuerungsanlage einen Transport und damit verbundenem Ruckeln und Stößen schadlos
überstehen und wird insbesondere bei einem harten Absetzen am Einsatzort einem starken
Stoß ausgesetzt. Insofern muss der Wärmetauscher mechanisch besonders stabil ausgeführt
sein, um ein Reißen oder ein Verwinden zuverlässig zu vermeiden. Durch die Formgestaltung
des Wellblechs kann eine mechanisch sehr stabile Konstruktion des Wärmetauschers erreicht
werden, der den hohen Anforderungen eines mobilen Einsatzes gewachsen ist.
[0018] Die Wellbleche können eine vollständig gerundete Wellung oder eine mit Kanten versehende
Wellung aufweisen, insbesondere eine Polygonwellung, die eine seitliche Aneinanderreihung
von ebenen Flächen aufweist. Die Wellung kann Kanten bis 90° aufweisen.
[0019] In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Wellbleche jeweils
paarweise derart miteinander verbunden, dass sich konvexe Innenflächenabschnitte der
Wellbleche jeweils paarweise und konkave Innenflächenabschnitte der Wellbleche jeweils
paarweise gegenüberstehen. Auf diese Weise kann ein Wellblechpaar eine Anzahl von
Röhren bilden, die zumindest einen Teil der Innengasführung bilden, so dass die Innengasführung
durch die derart gebildeten Röhren verläuft.
[0020] Zweckmäßigerweise sind die Wellblechpaare jeweils an den konvexen Innenflächenabschnitten
miteinander verbunden. Eine solche Verbindung kann durch ein Verschweißen erreicht
werden. Die Wellbleche des Wellblechpaares können hierbei so aufeinander gelegt sein,
dass sich die konvexen Innenflächenabschnitte geradlinienförmig berühren, so dass
eine gute Richtungsführung innerhalb der Innengasführung entsteht.
[0021] Weiter wird vorgeschlagen, dass die konkaven Innenflächenabschnitte jeweils paarweise
eine Röhre bilden. Auch hierdurch kann eine besonders gute Strömungsführung in der
Innengasführung erreicht werden.
[0022] Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass jeweils zwei
Plattenpaare derart zueinander angeordnet sind, dass sie zwischen sich einen wellenförmigen
Durchströmungsbereich als Teil der Kühlmittelführung bilden. Es kann eine gute Durchmischung
des außen geführten Gases und somit ein guter Wärmeübertrag zwischen Heißgas und Kühlmittel
erreicht werden. Vorteilhafterweise sind zwischen Plattenpaaren mehrere Röhren gebildet,
wobei der wellenförmige Durchströmungsbereich senkrecht zur Längsrichtung der Röhren
durchströmbar ist, insbesondere wellenförmig durchströmbar ist. Eine kompakte Bauform
des Wärmetauschers kann erreicht werden, wenn zwischen zwei Blechpaaren ein drittes
Blechpaar derart angeordnet ist, dass konvexe Außenflächenabschnitte des dritten Blechpaares
zwischen konkaven Außenflächenabschnitten der beiden umgebenden Paare zu liegen kommen.
[0023] Um bei einem Stromausfall doch noch eine erhebliche Restkühlung des überhitzten Gases
im Wärmetauscher zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn die Heißgasführung und die
Umgebungsluftführung im Wärmetauscher im Gegenstrom angeordnet sind. Die den überhitzten
Bereich des Wärmetauschers durchströmende Kühlluft kann sofort aus der Feuerungsanlage
herausgeführt werden, wodurch ein guter Wärmeaustrag erreichbar ist.
[0024] Um einen Austrag von Warmluft aus der Überhitzungszone aufrecht zu erhalten, ist
es vorteilhaft, wenn die Feuerungsanlage zumindest auf der Heißseite eine Ausblasöffnung
zum Ausblasen von erhitzter Umgebungsluft als Warmluft in die Umgebung aufweist.
[0025] Weiter ist es vorteilhaft, wenn das Umgebungsluftgebläse aus zumindest einem Druckgebläse
zum Einblasen von Umgebungsluft in den Wärmetauscher besteht und eine Kühlmittelführung
vom Umgebungsluftgebläse bis zur Ausblasöffnung antriebsfrei ist. Es ist somit kein
Aggregat in einer möglichen Überhitzungszone angeordnet.
[0026] Um einen Kühlluftstrom durch den Wärmetauscher auch dann aufrecht zu halten, wenn
alle Gebläse stehen, ist es vorteilhaft, wenn die Feuerungsanlage zumindest eine Ausblasöffnung
zum Ausblasen von erhitzter Umgebungsluft als Warmluft in die Umgebung aufweist, wobei
die Ausblasöffnung in ihrer Höhe über einem Boden höher liegt als eine Umgebungslufteinlassöffnung,
insbesondere höher als die oberste Umgebungslufteinlassöffnung. Es kann ein Kamineffekt
erzeugt werden, der einen kontinuierlichen Luftstrom durch den Wärmetauscher auch
ohne Gebläse erzeugt.
[0027] Eine Umgebungslufteinlassöffnung ist zweckmäßigerweise eine Öffnung in einem Gehäuse,
das den Brennraum, die Heißgasführung inklusive Wärmetauscher und die Kühlluftführung
umschließt,
[0028] Vorteilhafterweise liegt der höchste Auslasspunkt der Ausblasöffnung höher als 75%
des in der Anlage vorhandenen Kühlluftvolumens. Der größte Teil der Kühlluft kann
bei Stromausfall durch den Kamineffekt alleine ausströmen, und es bleibt nur wenig
Luft gefangen, die sich stark erhitzen kann.
[0029] Der Kühlluftstrom ist vorteilhafterweise in einer horizontalen Kühlstromrichtung
durch die Anlage geführt, wobei eine Abweichung von bis zu 30° von der exakten Horizontalen
eingeschlossen ist. Die Kühlstromrichtung kann als eine gerade Linie von einem höchsten
Einlasspunkt der Umgebungslufteinlassöffnung zu einem höchsten Auslasspunkt der Ausblasöffnung
gedacht werden, oder von einem Flächenschwerpunkt der Umgebungslufteinlassöffnung
zu einem Flächenschwerpunkt der Ausblasöffnung. Zweckmäßigerweise ist der Kühlstrom
so geführt, dass er die gesamte gedachte Linie umgibt. Es wird ein gerader Luftstrom
erreicht, der mit geringem Strömungswiderstand konzipiert werden kann.
[0030] Um einen guten Kühlluftstrom auch bei Stromausfall zu gewährleisten, ist es außerdem
vorteilhaft, wenn der Schwerpunkt einer Ausblasöffnung oberhalb der Mitte der gesamten
Bauhöhe eines Gehäuses, das den Brennraum, die Heißgasführung inklusive Wärmetauscher
und die Kühlluftführung umschließt, liegt.
[0031] Vorteilhafterweise ist die Ausblasöffnung eine Gehäuseöffnung in einem Gehäuse um
den Brennraum, die Heißgasführung inklusive Wärmetauscher und die Kühlluftführung.
[0032] Ebenfalls einer Aufrechterhaltung eines Kühlluftstroms bei Stromausfall ist es förderlich,
wenn der Kühlmittelantrieb zumindest einen Axialventilator aufweist, insbesondere
aus zumindest einem Axialventilator gebildet ist. Ein Axialventilator bildet im Stillstand
einen verhältnismäßig geringen Strömungswiderstand und erlaubt auch ohne Antrieb einen
noch ausreichenden Luftstrom durch seinen Propeller.
[0033] Außerdem wird vorgeschlagen, dass der Wärmetauscher so zwischen einer Umgebungslufteinlassöffnung
und einer Ausblasöffnung zum Ausblasen von erhitzter Umgebungsluft als Warmluft in
die Umgebung angeordnet ist, dass die Kühlmittelführung auf zumindest 60%, insbesondere
75% der Strecke von der Umgebungslufteinlassöffnung zur Ausblasöffnung durch den Wärmetauscher
geführt ist. Hierdurch kann gerade für größere Anlagen eine günstige Geometrie erreicht
werden, die einen widerstandsarmen Kühlluftstrom bei sehr großem Wärmeübertrag auf
den Kühlluftstrom ermöglicht.
[0034] Mit gleichem Vorteil weist die Festbrennstofffeuerungsanlage eine Brennkammer auf,
die neben dem Wärmetauscher angeordnet ist. Ein großvolumiger, horizontaler Kühlluftstrom
kann widerstandsarm durch den Wärmetauscher geführt werden. Es ist hierbei vorteilhaft,
wenn die Brennkammer, zweckmäßigerweise inklusive Brennkammerwandung, aus zumindest
einer möglichen, horizontalen und unendliche entfernten Ansicht zumindest 50%, besser
70%, insbesondere vollständig vom Wärmetauscher verdeckt ist.
[0035] Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung enthält
zahlreiche Merkmale, die in den einzelnen Unteransprüchen teilweise zu mehreren zusammengefasst
wiedergegeben sind. Diese Merkmale wird der Fachmann jedoch zweckmäßigerweise auch
einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Das gleiche
gilt für die Merkmale eines jeden Ausführungsbeispiels der nachfolgenden Figurenbeschreibung,
die explizit isoliert betrachtet und mit den erfindungsgemäßen Wärmetauscher kombinierbar
sind.
[0036] Es zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Draufsicht auf eine mobile Festbrennstofffeuerungsanlage,
- Fig. 2
- eine schematische Seitenansicht auf die Festbrennstofffeuerungsanlage aus Fig. 1,
- Fig. 3
- eine schematische Seitenansicht von der anderen Seite auf einen Wärmetauscher der
Festbrennstofffeuerungsanlage aus Fig. 1,
- Fig. 4
- einen ähnlichen Wärmetauscher für eine Festbrennstofffeuerungsanlage in einer perspektivischen
Ansicht von oben,
- Fig. 5
- einen weiteren Wärmetauscher mit einem geteilten oberen Verteilerkasten,
- Fig. 6
- eine perspektivische Ansicht auf ein Wellblechplattenpaar des Wärmetauschers und
- Fig. 7
- eine schematische Schnittdarstellung durch drei Wellblechplattenpaare des Wärmetauschers.
[0037] Die mobile Festbrennstofffeuerungsanlage 2 wird im Folgenden zunächst anhand des
schematischen Grundrisses aus Fig. 1 und den beiden Seitenansichten aus den Figuren
2 und 3 erläutert. Die Seitenansicht der Fig. 2 ist vereinfacht dargestellt, und auf
die Darstellung mancher Komponenten, z.B. der Zyklonabscheider, wurde verzichtet,
um anderer dahinter liegende Elemente zu zeigen.
[0038] Die Feuerungsanlage 2 hat in diesem Ausführungsbeispiel eine Nennleistung von 750
kW und ist in einem Transportrahmen 4 gelagert mit zwei Einschüben 6 zum Einstecken
einer Gabel eines Gabelstaplers. Ein mobiles Festbrennstofflager 8 mit einem analogen
Rahmen ist benachbart zur Feuerungsanlage 2 aufgestellt. Die jeweiligen Rahmen 4 halten
alle übrigen Komponenten der jeweiligen Vorrichtungen 2, 8.
[0039] Das Festbrennstofflager 8 ist über einen Anschluss 10 mit der Feuerungsanlage 2 verbunden,
der ein Gelenk oder ein anderes Winkelausgleichsmittel enthält, so dass eventuellen
Unebenheiten bei der Aufstellung der beiden Vorrichtungen 2, 8 ausgeglichen werden
können. Hierfür ist der Anschluss 10 zusätzlich mit einem Höhenausgleichsmittel zum
Anpassen einer Austrageinheit 12 versehen. Die Austrageinheit 12 ist beispielsweise
eine Förderschnecke und dient zum Transportieren von im Festbrennstofflager 8 befindlichem
Festbrennstoff, beispielsweise Hackschnitzel, zur Feuerungsanlage 2.
[0040] Zum Betrieb der Feuerungsanlage 2 wird diese an ihren Einsatzort gefahren, beispielsweise
auf einem Lkw und dort auf einen Boden abgestellt. Auch das Festbrennstofflager 8
wird an den Einsatzort gefahren und neben der Feuerungsanlage 2 abgestellt. Anschließend
werden die beiden Vorrichtungen 2, 8 über den Anschluss 10 miteinander verbunden.
Eine Positionsjustierung der beiden Vorrichtungen 2, 8 zueinander ist in der Regel
nicht notwendig da der Anschluss 10 Unebenheiten des Bodens genügend ausgleicht. Nun
kann der Festbrennstoff, wie Hackschnitzel, Pellets oder ein anderer geeigneter Festbrennstoff,
in das Festbrennstofflager 4 eingefüllt werden, beispielsweise mit einem Radlader.
Während des Betriebs der Feuerungsanlage 2 wird der Festbrennstoff über das Fördermittel
12 und den Anschluss 10 zur Feuerungsanlage 2 gefördert.
[0041] In einer alternativen Ausführungsform sind die Feuerungsanlage 2 und das Festbrennstofflager
4 in einem zusammenhängenden Rahmen gelagert und gemeinsam transportabel. Diese Lösung
ist insbesondere für Anlagen bis 500 kW vorteilhaft, da der Transport erleichtert
wird und das Anschließen der beiden Vorrichtungen 2, 8 aneinander entfällt.
[0042] Nach Durchlaufen einer Rückbrandsicherung 14 gelangt der Festbrennstoff über ein
weiteres als Stockerschnecke ausgeführtes Fördermittel 16 in die Brennkammer 18 in
der Feuerungsanlage 2. Die Brennkammer 18 ist für eine Unterschubfeuerung ausgelegt,
so dass der Brennstoff in das untere Ende eines Trichters 20 eingeschoben wird. Der
entstehende Brennstoffhaufen wird oben gezündet, wobei Festbrennstoff von unten nachgeführt
wird, so dass der Haufen von unten wächst und oben verbrennt.
[0043] Zur Zuführung von primärer Verbrennungsluft ist an der Unterkante der Brennkammer
18 neben der Stockerschnecke 16 ein Primärgebläse 22 angeordnet. Ein Sekundärgebläse
24 treibt sekundäre Verbrennungsluft in und um die Brennkammer, so dass sie durch
Öffnungen 26 in die Brennkammer 18 gelangt. Die durch die Sekundärluft angeregte Verbrennung
findet überwiegend in einem Ausbrandraum 28 oberhalb der Brennkammer 18 statt.
[0044] Die während der Verbrennung entstehenden heißen Rauchgase werden in einer Heißgasführung
30 in einen Verteilerkasten 32 eines Wärmetauschers 34 geführt und dort auf eine Vielzahl
von Röhren 36 des Wärmetauschers 34 aufgeteilt. Anstelle der Röhren 36 sind generell
auch andere Gasführungskanäle aller geeigneter Geometrien denkbar. Die Heißgasführung
30 ist in Fig. 4 anhand eines ähnlichen Wärmetauschers 40 dargestellt, der etwas kleiner
als der Wärmetauscher 34 ist, jedoch in vielen Details gleich ausgeführt ist.
[0045] Die heißen Rauchgase durchströmen einen ersten Zug 38 des Wärmetauschers 34 und erreichen
einen Umlenkkasten 42, in dem sie um 180 Grad umgelenkt werden, um anschließend die
Röhren 36 des zweiten Zugs 44 des Wärmetauschers 34 zu erreichen und diese zu durchströmen.
Über einen Sammelkasten 46 werden die abgekühlten Abgase einem Funkenabtrenner 48
zugeführt, beispielsweise mehreren parallel betriebenen Zyklonabscheidern.
[0046] Die derart gereinigten Abgase werden seitlich durch einen Heißgasauslass 50 aus der
Feuerungsanlage 2 herausgeführt.
[0047] Im Wärmetauscher 34 werden die Rauchgase von etwa 1200°C auf 150°C abgekühlt. Die
abgegebene Wärme wird Umgebungsluft zugeführt, die in einer Kühlmittelführung 52 mit
Hilfe eines Kühlmittelantriebs 54 durch den Wärmetauscher 34 getrieben wird. Der Kühlmittelantrieb
54 besteht aus zwei Gebläsen 56 in Umgebungslufteinlassöffnungen, die die Umgebungsluft
durch den Wärmetauscher drücken. Ein Gebläse für einen Saugzug ist nicht vorhanden.
Die durch flächige Pfeile angedeutete Kühlmittelführung 52 führt die erwärmte Umgebungsluft
durch Warmluftauslässe 58 aus der Feuerungsanlage 2 heraus, die lediglich Öffnungen
im Gehäuse der Feuerungsanlage 2 sind und keinen eigenen Antrieb enthalten. Die Warmluft
steht nun zur weiteren Verwendung zur Verfügung, beispielsweise zum Trocknen von Heu.
[0048] Fig. 4 zeigt den Wärmetauscher 40 in einer perspektivischen Darstellung schräg von
oben. Zur besseren Erläuterung ist auf die Darstellung eines Gehäuses verzichtet worden,
so dass der Blick frei wird auf Wärme tauschende Wandung 60 zwischen der Heißgasseite
und der Kühlmittelseite des Wärmetauschers 40. Die Heißgasführung 30 ist durch die
Heißgasseite des Wärmetauschers 34, 40 geführt, die Kühlmittelführung 52 durch die
Kühlmittelseite des Wärmetauschers 34, 40.
[0049] Zum Bewegen der beiden Gase durch den Wärmetauscher 34, 40 verfügt die Feuerungsanlage
2 über einen Heißgasantrieb und den Kühlmittelantrieb 54. Der Heißgasantrieb besteht
aus dem Primärgebläse 22, dem Sekundärgebläse 24 und einem Saugzuggebläse 62, das
während des Betriebs der Feuerungsanlage 2 für einen kontinuierlichen Unterdruck in
der Brennkammer 18 sorgt. Das Saugzuggebläse 62 ist neben dem Funkenabtrenner 48 und
über der Stockerschnecke 16 angeordnet und zieht das heiße Rauchgas aus dem Ausbrandraum
28 und durch den Wärmetauscher 34, 40 und den Funkenabtrenner 48.
[0050] Im Falle eines Stromausfalls sind sämtliche elektrische Komponenten der Feuerungsanlage
2 außer Betrieb. Das Feuer in der Brennkammer 18 brennt jedoch weiter und erzeugt
zunächst weiter viel Hitze. Das führt zu einem starken Hitzestau im Bereich des Ausbrandraums
28, des Verteilerkastens 32 und des ersten Zugs 38, wobei eine Aufheizung der Materialien
dieser Komponenten über 1200°C möglich ist.
[0051] Um eine Zerstörung von Komponenten der Feuerungsanlage 2 auch in diesem Fall zu vermeiden,
sind sämtliche elektrische Komponenten, insbesondere Antriebe, entweder auf einer
Kaltseite 64 der Feuerungsanlage 2 oder unterhalb der Brennkammer 18 angeordnet, wobei
der Trichter 20 für die Unterschubfeuerung nicht als Brennkammer 18 gesehen wird.
Die Kaltseite 64 ist von einer Heißseite 66 der Feuerungsanlage 2 dadurch getrennt,
dass sich die heißen Rauchgase nur auf der Heißseite 66 ausbreiten können und zur
Kaltseite 64 nur dadurch gelangen können, dass sie zumindest 30% der regulären Strecke
der Heißgasführung 30 im Wärmetauscher 34, 40 zurücklegen müssen. Im dargestellen
Ausführungsbeispiel sind es etwas mehr als 50%.
[0052] Der Wärmetauscher 34, 40 ist ein stehender Wärmetauscher 34, 40 mit zumindest einem
senkrecht nach unten ausgerichteten Heißzug 38 und einem senkrecht nach oben ausgerichteten
Kaltzug 44. Der Abstieg bremst mit der damit verbundenen Abkühlung einen natürlichen
Zug durch den Wärmetauscher 34, 40 wenn der Heißgasantrieb ausfällt, so dass die Überhitzung
im Wesentlichen auf die Heißseite 66 beschränkt bleibt.
[0053] Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind sämtliche elektrischen Komponenten der Feuerungsanlage
2, also Aggregate zum Antrieb von Gasen und Festbrennstoff und Elektrik und Elektronik,
unterhalb der Oberkante der Brennkammer 18 angeordnet, mit einer Ausnahme: dem Saugzuggebläse
62 des Heißgasantriebs. Zu dessen Schutz ist es jedoch geteilt ausgeführt. Während
sich der Ventilator 68 an der Oberseite eines Gehäuses der Feuerungsanlage 2 befindet,
ist unterhalb des Ventilators eine thermische Isolierung 70 in Form eines Zwischenblechs,
zweckmäßigerweise mit einem Isoliermittel, angeordnet, wobei der Motor 72 des Saugzuggebläses
62 unterhalb der thermischen Isolierung angeordnet ist. Er ist außerdem außerhalb
der Heißgasführung 30 positioniert, so dass er nicht mit Rauchgasen in Verbindung
kommt, die oberhalb der thermischen Isolierung verbleiben. Der Ventilator ist zweckmäßigerweise
ein Radialgebläse vorteilhaft, um einen stabilen Unterdruck zu erzeugen.
[0054] Auf der Heißgasseite 66 ist die Feuerungsanlage 2 frei von einem Gebläse. Die Kühlmittelführung
52 ist auf Druckgebläse beschränkt. Die Kühlmittelführung 52 ist außerdem so geführt,
dass sie vom Kühlmittelantrieb 54 zu Beginn der Kühlmittelführung 52 bis zum Warmluftauslass
58 am Ende der Kühlmittelführung 52 leicht ansteigt, so dass ein geringer natürlicher
Kamineffekt auch bei ausgefallenem Antrieb für eine geringe Strömung der Umgebungsluft
durch den Wärmetauscher 34, 40 sorgt. Hierdurch wird die Überhitzung etwas abgebaut.
[0055] Fig. 5 zeigt eine leichte Modifizierung des Wärmetauschers 40 im Detail des oberen
Sammelkastens 46a, der im Gegensatz zu dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel
in zwei Kastenteile 73a, 73b geteilt ausgeführt ist. Der Kastenteil 73a ist fest mit
dem Heißzug 44 verbunden, in dem rund 1000° heiße Rauchgase nach unten geführt werden,
und der Kastenteil 73a ist fest mit dem Kaltzug 38 verbunden, in dem die erheblich
abgekühlten Rauchgase nach oben geführt werden. Aufgrund der Verwendung von Umgebungsluft
als Kühlmittel kann es im Betrieb vorkommen, dass der Heißzug bis zu 1000°C heiß wird,
wohingegen die Temperatur des Kaltzugs bis zu 800 K darunter liegt. Thermische Bewegungen
der beiden Kastenteile 73a,b von bis zu 2 cm können die Folge sein. Um diese Bewegung
spannungsfrei zuzulassen, sind die beiden Kastenteile 73a,b vollständig getrennt voneinander
und nur über die beiden Züge 38, 44 miteinander verbunden, so dass sie gegeneinander
beweglich gelagert sind.
[0056] Eine widerstandsarme Strömung wird durch die spezielle Bauweise des Wärmetauschers
34, 40 in Form eines Wellblechwärmetauschers deutlich begünstigt, wie im Folgenden
ausgeführt ist.
[0057] Die Wandung 60 des Wärmetauschers 34, 40 ist aus Wellblechen hergestellt, wobei zwei
Wellbleche 74 ein Plattenpaar 76 bilden. Ein solches Plattenpaar ist in Fig. 6 exemplarisch
perspektivisch dargestellt. Drei solche Plattenpaare 76 des ersten Zugs 40 sind schematisch
in Fig. 7 in einer Schnittdarstellung gezeigt. An ihrem Kopfende sind die Wellbleche
74 in eine Kopfplatte 78 eingeschweißt, die die Wandung 30 des Wärmetauschers 34,
40 nach oben abschließt. Die Kopfplatte 78 enthält also die den Außenkonturen der
Plattenpaare 76 der beiden Züge 38, 44 entsprechende Öffnungen, in die die Plattenpaare
76 eingesteckt sind. Mit jeweils einer Kehlnaht sind die Wellbleche 74 beziehungsweise
Plattenpaare 76 mit der Kopfplatte 78 verschweißt.
[0058] Die Wellbleche 74 der Plattenpaare 76 sind aus einem Edelstahl gefertigt, zweckmäßigerweise
einem Niro-Stahl, und haben eine Wanddicke von 0,5 mm. Zur stabilen Halterung der
Plattenpaare 76 ist die Dicke der Kopfplatte 78, die aus Baustahl gefertigt ist, 5
mm. Entsprechend werden die Plattenpaare 76 mit einer Fußplatte 80 des Wärmetauschers
22 verschweißt.
[0059] Die Plattenpaare 76 bestehen aus zwei Wellblechen 74, die an ihren beiden Längskanten
82 durchgehend miteinander verschweißt sind. Die Wellbleche 74 sind tief gezogene
Edelstahlbleche, die aufeinander gelegt und so zusammengefügt sind, dass sie mehrere
zumindest weitgehend getrennte Längskammern in Form von Rohren 36 bilden. Die Wellung
der Wellbleche 74 besteht pro Wellenphase im Wesentlichen aus zwei etwa 110 Grad weiten
kreisbogenförmigen Segmenten 86, 88, die eine S-förmige Wellenphase bilden. Der Querschnitt
der Längskammern beziehungsweise Rohre 36 ist im Wesentlichen kreisförmig, oben und
unten von den beiden kreisröhrenförmigen Segmenten 86 begrenzt, und seitlich etwas
von der Kreisbogenform abweichend, wobei ein Kreis mit dem Radius von 20 mm in den
Querschnitt gelegt werden kann, der mit den beiden kreisbogenförmigen Segmenten 86
zusammenfällt.
[0060] Die Segmente 88 berühren einander in ihrer Mittelachse, die parallel zur Längsachse
der Röhren 84 beziehungsweise Plattenpaare 76 liegt. Durch das Aufeinanderliegen der
Segmente 88 ist der Innenraum der Röhren 84 in Bereiche des parallelen Verlaufs zumindest
im Wesentlichen getrennt voneinander. An den Segmenten 88 stehen sich konvexe Innenflächenabschnitte
gegenüber, die durch Verschweißen miteinander verbunden sind. Die äußeren Segmente
86 bilden konkave Innenflächenabschnitte, die sich paarweise gegenüberstehen und die
die hauptsächliche Begrenzung der Rohre 84 bilden.
[0061] Das mittlere Plattenpaar 76 ist zwischen den beiden außen dargestellten Plattenpaaren
76 derart angeordnet, dass konvexe Außenflächenabschnitte der Segmente 86 des mittleren
Plattenpaares 76 zwischen konkaven Außenflächenabschnitten der Segmente 88 der beiden
umgebenden Plattenpaare 76 zu liegen kommen.
[0062] Aus Fig. 7 ist zu sehen, dass die Kühlmittelführung 52 sehr genau geführt ist. Hieraus
resultiert ein Vorteil eines Wellblechwärmetauschers 34, 40 gegenüber einem Röhrenbündelwärmetauscher:
Das Kühlgas muss einen definierten Weg entlang der Wandung 60 zurücklegen, was bei
Röhrenbündelwärmetauschern nicht erreicht werden kann, da dass Kühlgas die Röhren
36 beidseitig umströmen kann.
[0063] Außerdem ist die Wandung 60 sehr turbulenzarm umströmbar und stellt somit einen geringeren
Strömungswiderstand dar, als ein Rohrbündelwärmetauscher mit gleicher Wandungsfläche.
Durch die Ausführung in Edelstahl kann die Wandung 60 sehr glatt ausgeführt sein und
nur wenig durch Korrosion aufrauen, so dass auch hierdurch der Strömungswiderstand
gering bleibt, viel geringer als bei dickeren Rohren aus einfacherem Stahl.
[0064] Bedingt durch die gute Durchströmbarkeit des Wärmetauschers 34, 40 bleibt ein natürlicher
Strom auch bei Ausfall des Antriebs in ausreichendem Maße erhalten. Außerdem kann
auf ein Sauggebläse in der Kühlmittelführung 52 verzichtet werden.
[0065] Pro Zug 38, 44 ist der Wärmetauscher 34, 40 mit mehreren solchen, wie in Fig. 6 dargestellten,
Plattenpaaren 76 versehen, die senkrecht nebeneinander positioniert sind. Je nach
Größe und Auslegung des senkrechten Wärmetauschers 34, 40 können die Wellbleche 74
beziehungsweise Plattenpaare 76 in beliebiger Anzahl an beiden Enden der Röhren 84
in der Kopf- und Fußplatte 78, 80 verschweißt werden. Zwischen den Plattenpaaren 76
ist hierdurch - wie in Fig. 7 zu sehen ist - die Kühlmittelführung 52 gebildet. Der
Gasraum 92 zwischen den Plattenpaaren 76 ist hierbei so gestaltet, dass er quer zur
Längsrichtung 90 der Röhren 36 eine Wellenform annimmt und stets im Wesentlichen die
gleiche Dicke aufweist. Durch die Wellenführung entsteht ein intensiver Kontakt des
Kühlmittelgases mit der Wandung 60, so dass ein intensiver Wärmeübertrag vom Heißgas
auf das Kühlmittel erfolgt.
Bezugszeichenliste
[0066]
- 2
- Festbrennstofffeuerungsanlage
- 4
- Transportrahmen
- 6
- Einschub
- 8
- Festbrennstofflager
- 10
- Anschluss
- 12
- Austrageinheit
- 14
- Rückbrandsicherung
- 16
- Fördermittel
- 18
- Brennkammer
- 20
- Trichter
- 22
- Primärgebläse
- 24
- Sekundärgebläse
- 26
- Öffnung
- 28
- Ausbrandraum
- 30
- Heißgasführung
- 32
- Verteilerkasten
- 34
- Wärmetauscher
- 36
- Rohr
- 38
- Zug
- 40
- Wärmetauscher
- 42
- Umlenkkasten
- 44
- Zug
- 46
- Sammelkasten
- 48
- Funkenabtrenner
- 50
- Heißgasauslass
- 52
- Kühlmittelführung
- 54
- Kühlmittelantrieb
- 56
- Gebläse
- 58
- Warmluftauslass
- 60
- Wandung
- 62
- Saugzuggebläse
- 64
- Kaltseite
- 66
- Heißseite
- 68
- Ventilator
- 70
- Isolierung
- 72
- Motor
- 73
- Kastenteil
- 74
- Wellblech
- 76
- Plattenpaar
- 78
- Kopfplatte
- 80
- Fußplatte
- 82
- Längskante
- 84
- Röhre
- 86
- Segment
- 88
- Segment
- 90
- Längsrichtung
- 92
- Gasraum
1. Mobile Festbrennstofffeuerungsanlage (2) mit einer Brennkammer (18), einem Wärmetauscher
(34, 40) mit einer Kühlmittelseite und einer Heißgasseite, die über eine Heißgasführung
(30) mit der Brennkammer (18) verbunden ist, zum Übertragen von Feuerungswärme aus
Rauchgas auf ein Kühlmittel, einem Heißgasantrieb zum Treiben des Rauchgases durch
die Heißgasseite und einem Kühlmittelantrieb (54) zum Treiben des Kühlmittels durch
die Kühlmittelseite,
dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel Umgebungsluft ist und der Kühlmittelantrieb (54) ein Umgebungsluftgebläse
(56) umfasst.
2. Festbrennstofffeuerungsanlage (2) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ihre Einteilung in eine Heißseite (66) und eine Kaltseite (64), die für aus der Brennkammer
(18) kommende, heiße Rauchgase nur durch ein Durchlaufen zumindest eines Teils des Wärmetauschers (34, 40) erreichbar ist,
wobei die Brennkammer (18) und zumindest ein Heißzug (38) des Wärmetauschers (34,
40) auf der Heißseite (66) und zumindest alle diejenigen elektrischen Komponenten,
die oberhalb der Brennkammer (18) angeordnet sind, auf der Kaltseite (64) angeordnet
sind.
3. Festbrennstofffeuerungsanlage (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass alle elektrischen Aggregate der beiden Gasantriebe und des Brennstoffantriebs auf
der Kaltseite (64) angeordnet sind.
4. Festbrennstofffeuerungsanlage (2) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaltseite (64) für aus der Brennkammer (18) kommende, heiße Rauchgase nur über
einen Abstieg in zumindest einem Heißzug (38) des Wärmetauschers (34, 40) erreichbar
ist.
5. Festbrennstofffeuerungsanlage (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der Heißzug (38) nach unten ausgerichtet ist und ein Kaltzug (44) des Wärmetauschers
(34, 40) auf der Kaltseite (64) angeordnet ist.
6. Festbrennstofffeuerungsanlage (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (34, 40) ein stehender Wärmetauscher (34, 40) mit zumindest einem
senkrecht nach unten ausgerichteten Heißzug (38) und einem senkrecht nach oben ausgerichteten
Kaltzug (44) ist.
7. Festbrennstofffeuerungsanlage (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (34, 40) ein Wellblechwärmetauscher ist, bei dem Wellbleche (74)
eine Wandung (60) zum Übertragen von Feuerungswärme von der Heißgasseite auf die Kühlmittelseite
bilden.
8. Festbrennstofffeuerungsanlage (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Heißgasführung (30) und die Kühlmittelführung (52) im Wärmetauscher (34, 40)
im Gegenstrom angeordnet sind.
9. Festbrennstofffeuerungsanlage (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelführung (52) in einer horizontalen Kühlstromrichtung durch die Anlage
hindurch verläuft.
10. Festbrennstofffeuerungsanlage (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Heißgasführung (30) im Wärmetauscher (34, 40) zumindest größtenteils senkrecht
und die Kühlmittelführung (52) im Wärmetauscher (34, 40) zumindest größtenteils waagerecht
geführt sind.
11. Festbrennstofffeuerungsanlage (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch zumindest eine Ausblasöffnung (58) zum Ausblasen von erhitzter Umgebungsluft als
Warmluft in die Umgebung, wobei der Kühlmittelantrieb (54) aus zumindest einem Druckgebläse
(56) zum Einblasen von Umgebungsluft in den Wärmetauscher (34, 40) besteht und eine
Kühlmittelführung (52) vom Druckgebläse (56) bis zur Ausblasöffnung (58) antriebsfrei
ist.
12. Festbrennstofffeuerungsanlage (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch zumindest eine Ausblasöffnung (58) zum Ausblasen von erhitzter Umgebungsluft als
Warmluft in die Umgebung, wobei die Ausblasöffnung (58) in ihrer Höhe über einem Boden
höher liegt als eine Umgebungslufteinlassöffnung.
13. Festbrennstofffeuerungsanlage (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (34, 40) so zwischen einer Umgebungslufteinlassöffnung und einer
Ausblasöffnung (58) zum Ausblasen von erhitzter Umgebungsluft als Warmluft in die
Umgebung angeordnet ist, dass die Kühlmittelführung (52) auf zumindest 60%, insbesondere
75% der Strecke von der Umgebungslufteinlassöffnung zur Ausblasöffnung (58) durch
den Wärmetauscher (34, 40) geführt ist.
14. Festbrennstofffeuerungsanlage (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch eine Brennkammer (18), die neben dem Wärmetauscher (34, 40) angeordnet ist.
15. Festbrennstofffeuerungsanlage (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (34, 40) einen oberen Sammelkasten mit zwei beweglich zueinander
gelagerten Kastenteilen aufweist, wobei ein Kastenteil einen Einleiter in einen nach
unten gerichteten Heißzug und ein Kastenteil einen Ausleiter aus einem nach oben gerichteten
Kaltzug des Wärmetauschers (34, 40) bildet.