[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verbrennung fester,
biogener Brennstoffe in einer ersten Brennstufe mit einer ersten Zuführeinrichtung
des Brennstoffs in ein Brenngutbett, einer Primärluftzufuhreinrichtung, einer Zündeinrichtung
zur Entzündung des Brennstoffs im Brenngutbett, einem über dem Brenngutbett vorgesehenen
Brennraum sowie einem in einem Wärmestrom des verbrannten Brennguts angeordneten Wärmetauscher
mit zumindest einem nachgeschalteten Wärmespeicher.
[0002] Gattungsgemäße Vorrichtungen sind beispielsweise als Brennkessel zur Verbrennung
von Holzpellets, Hackschnitzeln und dergleichen bekannt. Derartige Brennkessel werden
betrieben, indem der gestückelte Brennstoff auf ein Brenngutbett dosiert und dort
gezündet und verbrannt wird. Ein in dem sich oben anschließenden Brennraum angeordneter,
beispielsweise mit Wasser befüllter Wärmetauscher wird dabei erwärmt und gibt das
erhitzte Wasser an einen oder mehrere Wärmespeicher ab, aus dem beispielsweise eine
Heizung oder eine Brauchwasserleitung gegebenenfalls über weitere Wärmetauscher gespeist
wird. Die Zuführung des Brennguts erfolgt mittels Zuführeinrichtung nach dem Quereinschub-,
Unterschub- oder Abwurfverfahren auf ein Brenngutbett, beispielsweise einen Rost,
eine Schale oder einen Tunnel. Beispielsweise ist aus der deutschen Patentschrift
Nr.
666 007 eine Rostfeuerung mit einer einzigen Zuführeinrichtung bekannt, bei der ein Teil
des Brennguts zerkleinert wird und über dem Brennbett verbrannt wird. Eine getrennte
Steuerung des auf den Rost dosierten und über dem Rost verbrannten Brennguts ist nicht
vorgesehen. Zur Verbrennung von Holzabfällen in Form von Holzspänen, Sägemehl und
stückigen Holzteilen werden in der
DE 32 26 877 A1 die Holzabfälle gemeinsam einer Unterschubfeuerung zugeführt. Hierbei werden die
stückigen Holzteile über eine Handbefüllöffnung zugeführt und die kleinteiligen Holzabfälle
vorverdichtet zugeführt. Durch die Vorverdichtung ist kein dynamischer, schnell ablaufender
Brennvorgang möglich. Aus der
DE 10 2008 056 019 A1 ist eine Beschickungsvorrichtung für einen Ofen bekannt, bei dem Stückholz vor der
Zuführung in den Ofen über einen Fallschacht einer Zerkleinerungseinrichtung zugeführt
wird. Die Zuführung erfolgt mittels einer einzigen Zuführungseinrichtung. Aus der
EP 1 162 405 A2 ist eine Vorrichtung zur Verbrennung von Holzpellets bekannt, die vor der Zufuhr
mittels einer Zuführeinrichtung in einen Brennraum mittels einer Mühle gemahlen und
der Verbrennungsluft beigemengt werden.
[0003] Nach einer Zündung einer mit biogenen Feststoffen betriebenen Vorrichtung zur Erwärmung
von Wasser für den Heiz- und Brauchwasserbetrieb entstehen große An- und Abbrandzeiten,
so dass diese insbesondere bei schnellem Warmwasserbedarf unzureichend schnell reagieren
und bei zyklischem Betrieb aufgrund der hohen Schadstoffbelastung im Anbrandbetrieb
umweltrelevant und infolge von Regelschwingungen insbesondere bei mehreren hintereinander
geschalteten Brennstoffkesseln schwer zu regeln sind.
[0004] Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Vorrichtung vorzuschlagen, die weniger Schadstoffe
produziert und in verbesserter Weise an einen zeitlich variierenden Wärmebedarf anpassbar
ist.
[0005] Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Vorrichtung des Anspruchs 1 und des Verfahrens
des Anspruchs 7 gelöst. Die auf diese zurückbezogenen Ansprüche betreffen vorteilhafte
Ausführungsformen.
[0006] In einer betreffenden Vorrichtung zur Verbrennung fester, biogener Brennstoffe in
einer ersten Brennstufe mit einer ersten Zuführeinrichtung des Brennstoffs in ein
Brenngutbett, einer Primärluftzufuhreinrichtung, einer Zündeinrichtung zur Entzündung
des Brennstoffs im Brenngutbett, einem über dem Brenngutbett vorgesehenen Brennraum
sowie einem in einem Wärmestrom des verbrannten Brennguts angeordneten Wärmetauscher
mit zumindest einem nachgeschalteten Wärmespeicher ist hierzu die erste Brennstufe
als eine Wärmegrundlast kompensierende Brennstufe ausgebildet und eine zweite, Wärmebedarfsspitzen
abdeckende Brennstufe mit einer zweiten, im Brennraum selbstentzündlichen Brennstoff
eintragenden Zuführeinrichtung vorgesehen.
[0007] Die Vorrichtung ist als Brennstoffkessel zur Verbrennung von gestückelten Holzteilen,
Holzspänen, Rindenteilen und dergleichen, insbesondere Holzpellets vorgesehen. Ein
derartiger Brennkessel wird bevorzugt für kleine Gebäude wie Ein- oder Mehrfamilienhäuser,
kleine Gewerbe- und Bürogebäude und dergleichen ausgelegt. Die erste Zuführeinrichtung
der ersten Brennstufe kann hierbei als Unterschub-, Querschubbeschickung oder Abwurfeinrichtung
vorgesehen sein. Der Transport des Brennstoffs von einem Vorratsbehälter zum Brennkessel
kann beispielsweise mittels einer Förderschnecke erfolgen. Der Betrieb der Vorrichtung
wie Brennkessel erfolgt lastgesteuert zweigeteilt. Hierbei wird eine Wärmegrundlast
durch Befeuerung des Brennkessels mittels von der ersten Zuführeinrichtung entsprechend
der Wärmegrundlast dosiert zugeführtem stückeligem Brennstoff wie Holzpellets abgedeckt.
Die Zündung des in das Brenngutbett zugeführten Brennstoffs erfolgt mittels einer
Zündeinrichtung, beispielbeispielsweise einer elektrischen Glühspirale, eines Brandförderers
wie beispielsweise eines Anzünders oder dergleichen. Es hat sich dabei als vorteilhaft
erwiesen, die Primärluftzufuhr so zu erwärmen, dass ein derartiger Zündvorgang erleichtert
oder ohne weitere Hilfsmittel eingeleitet wird, indem die Flammtemperatur des Brennstoffs
überschritten wird. Die Primärluft kann beispielsweise durch eine elektrische Heizspirale
erwärmt werden. Diese ist wegen ihrer geschützten Unterbringung weniger störanfällig
als eine im Brenngutbett platzierte Glühspirale.
[0008] Unter Wärmegrundlast ist ein Wärmebedarf, beispielsweise in Form eines auf einer
vorgegebenen beziehungsweise vorgebbaren Temperatur gehaltenen Pufferspeichers und/oder
Wärmekreislaufs zu verstehen, der im Wesentlichen dauerhaft, beispielsweise in einer
Heizperiode in Form eines Heizkreislaufs anfällt. Wird diese Wärmegrundlast angefordert,
kann der Brennvorgang nach einem Anbrand in der Regel über längere Zeit aufrecht erhalten
werden, so dass Anbrandphasen mit vergleichsweise höherer Schadstoffbelastung minimiert
werden können. Weiterhin werden zyklische An- und Abschaltvorgänge mit damit verbundenen
langen Aufheiz- und Abwärmzeiten vermieden, die einerseits zu langen und unkomfortablen
Reaktionszeiten des Brennkessels mit schwer zu kontrollierbarem Regelverlauf mit Regelschwingungsneigung
und andererseits zu unökonomischer Nutzung des Brennstoffs führen.
[0009] Die Abdeckung von Wärmebedarfsspitzen, wie sie beispielsweise bei Bereitung von warmem
Brauchwasser und dergleichen entstehen, erfolgt durch Aktivierung der zweiten Brennstufe.
Der von der zweiten Zuführeinrichtung entsprechend fein verteilt aufbereitete Brennstoff
wird im Gegensatz zu dem im Brenngutbett abbrennenden Brennstoff in den Brennraum
über dem Brenngutbett eingebracht und zündet in bevorzugter Weise infolge der in dieser
vorherrschenden Umgebung instantan. Bei abgeschalteter erster Brennstufe kann eine
zusätzliche Zündeinrichtung für den Brennstoff der zweiten Brennstufe vorgesehen sein.
Dabei werden die Bedingungen des Brennstoffeintrags so gewählt, dass ein Kontakt mit
Wänden des Brennraums in bevorzugter Weise vermieden und eine gleichmäßige Feinverteilung
über den Brennraum erzielt wird. Infolge der hohen Oberfläche des Brennstoffs stellt
der Brennstoff seinen Energieinhalt schnell und mit großer Dynamik zur Verfügung,
so dass schnelle Aufheizraten des Wärmetauschers erzielt werden. Bei entsprechender
Auslegung der Brenngeometrie im Brennraum mit entsprechender Anordnung des Wärmetauschers
im Brennfeld der zweiten Brennstufe können Aufheizeigenschaften im Sinne eines Durchlauferhitzers
erzielt werden.
[0010] Der Brennstoff der zweiten Brennstufe kann ein flüssiger oder gasförmiger fossiler
Brennstoff, beispielsweise Erdgas oder Heizöl sein, die über entsprechende Dosierventile
und Düsen in den Brennraum dosiert eingetragen und in diesem verteilt werden. In besonders
vorteilhafter Weise ist der Brennstoff der zweiten Brennstufe zerkleinerter fester
biogener Brennstoff. Bevorzugt wird hierzu derselbe Brennstoff der ersten Brennstufe
nach entsprechender Zerkleinerung vorgesehen und aus dem Vorratsbehälter gemeinsam
oder separat an die Vorrichtung herangeführt. Die Zerkleinerung erfolgt mittels einer
Zerkleinerungsvorrichtung, die in die Vorrichtung außerhalb des Brennraums integriert
ist und beispielsweise ein Mahlwerk sein kann. Die Dosierung des gemahlenen Brennstoffs
in den Brennraum erfolgt beispielsweise mittels einer schnell drehenden Schnecke,
die beispielsweise von einem abhängig von der Wärmebedarfsspitze drehzahlgeregelten
Elektromotor angetrieben wird.
[0011] Es hat sich insbesondere aus Gründen der Schadstoffbegrenzung als vorteilhaft erwiesen,
wenn dem Brennraum mit einer Primärluftzuführeinrichtung beispielsweise über den Rost
des Brenngutbetts oder dergleichen eine Nachbrennkammer mit einer Sekundärluftzuführeinrichtung
nachgeschaltet ist. Durch die Luftzufuhr von Sekundärluft in die Nachbrennkammer wird
der Schadstoffgehalt, beispielsweise Kohlenmonoxid und nachverbrennbare organische
Verbindungen gesenkt. Die Sekundärluftzufuhr wird bevorzugt unabhängig von der Primärluftzufuhr
und abhängig von der Schadstoffbelastung geregelt. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen,
wenn die Sekundärluft senkrecht zur Strömungsrichtung des Abgasstroms durch die Nachbrennkammer
in diese eingebracht wird.
[0012] In einem Verfahren zum Betrieb der vorgeschlagenen Vorrichtung erfolgt eine Verbrennung
des in der ersten Brennstufe auf das Brenngutbett dosierten Brennstoffs abhängig von
zumindest einer die Wärmegrundlast reproduzierenden Größe und die Dosierung des in
der zweiten Brennstufe über die zweite Zuführeinrichtung dosierten Brennstoffs abhängig
von zumindest einer eine Wärmelastspitze reproduzierenden Größe. In vorteilhafter
Weise kann zur Beschleunigung eines Aufheizvorgangs des Wärmetauschers die zweite
Brennstufe während eines Anbrands des Brennstoffs der ersten Zuführeinrichtung betrieben
werden. Weiterhin kann während eines Dauerbetriebs der ersten Brennstufe beispielsweise
während eines Heizbetriebs tagsüber oder ganztägig die zweite Brennstufe bei zusätzlichem
Wärmebedarf zugeschaltet werden. Alternativ kann bei stillgesetzter erster Brennstufe
beispielsweise in einem Sommerbetrieb der Vorrichtung die zweite Brennstufe als ausschließliche
Brennstufe der Vorrichtung gegebenenfalls mit weiteren Energiequellen, beispielsweise
einer Solartherme zur Bereitung von warmem Brauchwasser betrieben werden.
[0013] Um eine besonders schnelle Erwärmung von Brauchwasser zu erzielen, kann während des
Betriebs der zweiten Zuführeinrichtung vorerwärmtes Wasser des zumindest einen Wärmespeichers
in den Wärmetauscher eingebracht werden.
[0014] Die Erfindung wird anhand der in den Figuren 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Dabei zeigen:
- Figur 1
- ein Diagramm eines Brennbetriebs einer Vorrichtung mit lediglich einer Brennstufe,
- Figur 2
- eine Vorrichtung zur Verbrennung von festen biogenen Brennstoffen mit zwei Brennstufen,
- Figur 3
- ein Diagramm eines Brennbetriebs der Vorrichtung der Figur 2 mit über dem Brenngutbett
erfassten Messwerten,
- Figur 4
- ein Diagramm eines Brennbetriebs der Vorrichtung der Figur 2 mit hinter einer Nachbrennkammer
ermittelten Messwerten
- und Figur 5
- ein Diagramm eines Brennbetriebs der Vorrichtung der Figur 2 mit gegenüber der Figur
4 veränderten Zufuhrbedingen von Primär- und Sekundärluft.
[0015] Aus dem Diagramm 100 der Figur 1, das dem Beitrag "Einfluss von Kaltstart und Teillast
auf die Schadstoffemissionen von Stückholz- und Pelletheizungen" von J. Good, 11.
Holzenergie-Symposion ETH Zürich, 2010 entnommen ist, geht das Verhalten einer Vorrichtung
in Form eines Brennkessels zur Verbrennung von Holzpellets hervor. In den Teildiagrammen
I und III ist jeweils das Verbrennungsluftverhältnis λ und in den Teildiagrammen II
und IV die Schadstoffbelastung in Form von Kohlenstoffmonoxid-Konzentrationen [CO]
gegen jeweils gleiche Zeitskalen mit der Zeit t gezeigt. Die Teildiagramme III, IV
zeigen dabei eine zyklisch betriebene Vorrichtung die in vorgegebenen Zeitabständen
je nach Wärmebedarf, beispielsweise im Stundenrhythmus gestartet und wieder abgestellt
wird. Infolge der sich über einen großen Zeitanteil erstreckenden, jeweils ein großes
Zeitintervall Δt beanspruchenden Anbrand- und Abbrandphasen ist der gesamte Schadstoffausstoß
der Vorrichtung hoch.
[0016] Aus den Teildiagrammen I und II geht das Verhalten einer kontinuierlich betriebenen
Vorrichtung hervor, bei der sich nach dem Ende des ersten Anbrands bis zum Abbrand
ein im Wesentlichen konstantes Verbrennungsluftverhältnis mit geringen Schadstoffbelastungen
einstellt.
[0017] Figur 2 zeigt eine schematisch dargestellte Vorrichtung 1, beispielsweise in Form
eines Brennkessels für Holzpellets mit zwei Brennstufen 2, 3. Die Brennstufe 2 ist
eine konventionell zur Abdeckung einer Grundlast eines Wärmebedarfs kontinuierlich
betriebene Brennstelle für nicht zerkleinerte Holzpellets. Diese werden mittels der
ersten Zuführeinrichtung 4 von dem Vorratsbehälter 5 wie dargestellt mittels eines
Aufwurfverfahrens auf das Brenngutbett 7 mit dem Rost 6, der zur Entsorgung der Asche
schwenkgelagert sein kann, dosiert. Die Brennstufe 2 wird während eines Wärmebedarfs
permanent mit vorgegebener Leistung, beispielsweise in einem Einfamilienhaus mit 8
kW betrieben. Die Regelung der Brennstufe 2 zur Einstellung dieser Leistung kann aufgrund
von erfassbaren Leistungsparametern, beispielsweise einer Brenngutwaage im Brenngutbett
7 oder beispielsweise einer Messung des Massenstromes in der Zuführeinrichtung 4 erfolgen,
der Primärluftzufuhreinrichtung 8, beispielsweise dem Gebläse 9 erfolgen. Die Leistung
wird mittels erfassbarer Leistungsdaten, beispielsweise dem gemittelten Wärmeverbrauch,
der Außentemperatur einer Heizanlage und dergleichen erfolgen. Die Brennstufe 2 wird
mittels einer Entzündung des auf dem Brenngutbett 7 befindlichen Brennguts in Betrieb
genommen, indem beispielsweise durch die Heizeinrichtung 17 erwärmte Luft zugeführt
wird.
[0018] Die Brennstufe 3 dosiert den Brennstoff mittels der Zuführeinrichtung 10 direkt in
den Brennraum 11. Der Zuführeinrichtung 10 ist eine Zerkleinerungsvorrichtung 12 vorgeschaltet,
welches Holzpellets aus dem Vorratsbehälter 5 fein vermahlt. Beispielsweise mittels
einer schnell drehenden, von einem Elektromotor angetriebenen und bezüglich ihrer
Drehzahl regelbaren Schnecke wird der pulverisierte Brennstoff fein verteilt und ohne
sich an den Wänden des Brennraums 11 niederzuschlagen in den Brennraum 11 dosiert.
Das feinverteilte Brennstoffgemisch entzündet sich an den Flammen des Brennstoffs
der ersten Brennstufe 2 oder infolge der im Brennraum 11 herrschenden Temperaturen
instantan und verbrennt unter Wärmeentwicklung. Die Regelung der Zufuhr von Brennstoff
der zweiten Brennstufe 3 erfolgt abhängig von Wärmebedarfsspitzen, die über die von
der ersten Brennstufe 2 bereit gestellte Wärmemenge hinausgeht. Die Brennstufe 3 wird
in der Anbrandphase der Brennstufe 2 zugeschaltet, um eine erforderliche Wärmemenge
beispielsweise um den Faktor drei schneller als bei einer nur mit der Brennstufe 2
erzielbaren Aufheizzeit zu gewinnen. Weiterhin wird die Brennstufe 3 bei Wärmebedarfsspitzen,
die beispielsweise anhand eines Verbrauchsverhaltens wie einer Temperatur und deren
zeitliche Entwicklung, Durchflussmengen eines Pufferspeichers, des Wärmetauschers
und dergleichen ermittelt werden, gesteuert. Zur Bereitstellung einer ausreichenden
und ausreichend schnellen Wärmemenge kann die Brennstufe 3 für ein Einfamilienhaus
auf eine Leistung von ca. 20 kW ausgelegt sein.
[0019] Das Abgas erwärmt einen direkt in dem Brennraum 11 angeordneten oder - wie hier dargestellt
- einem bezogen auf den Zug des Abgases nachfolgend vorgesehenen Wärmetauscher 13,
beispielsweise einen Dampfkessel 14, der einen oder mehrere nicht dargestellte Pufferspeicher
speist. Aufgrund der schnell reagierenden Brennstufe 3 kann die Kapazität eines Pufferspeichers
verringert werden. Beispielsweise kann bei vorgesehener Abschaltung der Brennstufe
2 die Abschaltung früher erfolgen und die langsam abnehmende Wärmeerzeugung des lange
andauernden Abbrandvorgangs gegebenenfalls durch die Brennstufe 3 abgefangen werden.
[0020] Zur Verringerung der Schadstoffbelastung ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
die Nachbrennkammer 15 vorgesehen, die dem Brennraum 11 nachgeschaltet ist und über
die Sekundärluftzufuhreinrichtung 16 verfügt. Die Zufuhr der Primärluft und der Sekundärluft
kann mittels des Gebläses 9 erfolgen. Zur Dosierung der Sekundärluft in die Nachbrennkammer
15 wird mit Hilfe der Zuluftklappe 18 der Anteil der Sekundärluft gesteuert. Zur Weiteren
Abgasreinigung können die Filtereinheit 19 und der Kohleadsorber 20 in den Abgasstrom
geschaltet sein.
[0021] Neben einem verbrauchsgesteuerten Betrieb der Vorrichtung 1 kann eine Korrektur der
Steuerung zur Verringerung der Schadstoffbelastung erfolgen. Hierzu kann die Vorrichtung
1 über entsprechende Messvorrichtungen verfügen. Beispielsweise können an der Messstelle
21 chemische Sensoren, Temperaturmessfühler, eine Lambda-Sonde und dergleichen zur
Erfassung von Verbrennungsdaten der ersten Brennstufe 2 vorgesehen sein. An der Messstelle
22 kann mittels entsprechender Sensoren die für die Emission von Schadstoffen in die
Umgebungsluft relevante Abluft untersucht werden. Anhand der erfassten Messdaten kann
durch Steuerung der Volumenströme der Primär- und Sekundärluft, der Dosierung von
Brennstoff über die Zuführeinrichtungen 4, 10 abhängig vom Wärmebedarf eine Gesamtsteuerung
der Vorrichtung 1 vorgesehen werden.
[0022] Es versteht sich, dass die Erfindung nicht durch die geometrische Darstellung der
Vorrichtung 1 erschöpfend dargestellt ist. Abhängig von den Anforderungen, dem zur
Verfügung stehenden Bauraum, einer gewünschten geometrischen Auslegung, der erforderlichen
Leistung und Dynamik können auch andere geometrische Auslegungen der Brennstufen 2,
3, des Brennraums 11, gegebenenfalls der Nachbrennkammer 15, des Wärmetauschers 13
und weiterer für die Erfindung relevanter Bauteile vorgesehen sein.
[0023] Figur 3 zeigt das Diagramm 101 mit einem typischen Brennablauf der Vorrichtung 1
der Figur 2 über die Zeit t an der Messstelle 21 über die Brennphasen P1, P2, P3,
P4. Die Kurve 102 zeigt dabei die Sauerstoffkonzentration, die Kurve 103 das Verbrennungsluftverhältnis
(Luftzahl λ), die Kurve 104 die Kohlenmonoxidkonzentration, die Kurve 105 die Kohlendioxidkonzentration,
die Kurve 106 die Konzentration an Kohlenwasserstoffen und die Kurve 107 die Wasserstoffkonzentration.
In Brennphase P1 erfolgt die Zündung des Brennstoffs der Brennstufe 2. In Brennphase
P2 werden kontinuierlich Brennstoff, beispielsweise 1,8 kg/h Holzpellets und beispielsweise
10Nm
3/h Primärluft in Brennstufe 2 zugeführt. Die Sekundärluftmenge beträgt beispielsweise
25 Nm
3/h. Aus der Verbrennung resultiert die in den Kurven 102 bis 107 gezeigte Brenngasentwicklung.
In Brennphase P3 wird die Brennstufe 3 mit einer Zufuhr von beispielsweise 4,5 kg/h
pulverisierten Holzpellets betrieben. Hierdurch steigt die Schadstoffbelastung überproportional,
die jedoch für den endgültigen Schadstoffausstoß aufgrund der Nachbehandlung in der
Nachbrennkammer wenig relevant ist. In Brennphase P4 ist die Brennstoffbeschickung
beider Brennstufen 2, 3 abgeschaltet.
[0024] Figur 4 zeigt das Diagramm 110 mit einem typischen Brennverlauf der Vorrichtung 1
der Figur 2 über die Zeit t an der Messstelle 22 über die P1, P2, P3, P4. Die Dosierung
der Brennstoffe und der Primär- und Sekundärluft entspricht den Bedingungen des im
Diagramm 101 der Figur 3 gezeigten Brennverlaufs. Die Messstelle 22 ist für die Emission
der durch die Vorrichtung 1 emittierten Schadstoffe relevant. Die Kurve 112 zeigt
dabei die Sauerstoffkonzentration, die Kurve 114 die Kohlenmonoxidkonzentration, die
Kurve 115 die Kohlendioxidkonzentration und die Kurve 117 die Wasserdampfkonzentration.
Unter Beachtung der geänderten Skalen ist die Kohlenmonoxidkonzentration deutlich
vermindert. Es fällt aber auf, dass diese in der Brennphase P2 mit ausschließlichem
Betrieb der Brennstufe 2 gegenüber Brennphase P3, in der beide Brennstufen 2, 3 betrieben
werden, höher ist. Der Effekt der Nachverbrennung in der Nachbrennkammer 15 ist daher
in Brennphase P2 weniger wirksam. Diese kann - wie aus dem Diagramm 120 der Figur
5 hervorgeht - bei ansonsten identischen Bedingungen durch eine Rücknahme der Primärluft
auf beispielsweise 5 Nm
3/h und eine geänderte Zündvorrichtung entscheidend vermindert werden.
Bezugszeichenliste
[0025]
- 1
- Vorrichtung
- 2
- Brennstufe
- 3
- Brennstufe
- 4
- Zuführeinrichtung
- 5
- Vorratsbehälter
- 6
- Rost
- 7
- Brenngutbett
- 8
- Primärluftzufuhreinrichtung
- 9
- Gebläse
- 10
- Zuführeinrichtung
- 11
- Brennraum
- 12
- Zerkleinerungsvorrichtung
- 13
- Wärmetauscher
- 14
- Dampfkessel
- 15
- Nachbrennkammer
- 16
- Sekundärluftzufuhreinrichtung
- 17
- Heizeinrichtung
- 18
- Zuluftklappe
- 19
- Filtereinheit
- 20
- Kohleadsorber
- 21
- Messstelle
- 22
- Messstelle
- 100
- Diagramm
- 101
- Diagramm
- 102
- Kurve
- 103
- Kurve
- 104
- Kurve
- 105
- Kurve
- 106
- Kurve
- 107
- Kurve
- 110
- Diagramm
- 112
- Kurve
- 114
- Kurve
- 115
- Kurve
- 117
- Kurve
- 120
- Diagramm
- I
- Teildiagramm
- II
- Teildiagramm
- III
- Teildiagramm
- IV
- Teildiagramm
- P1
- Brennphase
- P2
- Brennphase
- P3
- Brennphase
- P4
- Brennphase
- t
- Zeit
- Δt
- Zeitintervall
- λ
- Verbrennungsluftverhältnis
1. Vorrichtung (1) zur Verbrennung fester, biogener Brennstoffe in einer ersten Brennstufe
(2) mit einer ersten Zuführeinrichtung (4) des Brennstoffs in ein Brenngutbett (7),
einer Primärluftzufuhreinrichtung (8), einer Zündeinrichtung zur Entzündung des Brennstoffs
im Brenngutbett (7), einem über dem Brenngutbett (7) vorgesehenen Brennraum (11) sowie
einem in einem Wärmestrom des verbrannten Brennguts angeordneten Wärmetauscher (13)
mit zumindest einem nachgeschalteten Wärmespeicher, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Brennstufe (2) als eine Wärmegrundlast kompensierende Brennstufe ausgebildet
und eine zweite, Wärmebedarfsspitzen abdeckende Brennstufe (3) mit einer zweiten,
im Brennraum selbstentzündlichen Brennstoff eintragenden Zuführeinrichtung (10) vorgesehen
ist.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff der ersten Brennstufe (2) in einem Vorratsbehälter (5) vorgehaltene
Holzpellets sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff der zweiten Brennstufe ein flüssiger oder gasförmiger fossiler Brennstoff
ist.
4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff der zweiten Brennstufe (3) zerkleinerter fester biogener Brennstoff
ist.
5. Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in die Vorrichtung (1) vor dem Brennraum (11) eine Zerkleinerungsvorrichtung (12)
integriert ist.
6. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Brennraum (11) eine Nachbrennkammer (15) mit separat regelbarer Sekundärluft
nachgeschaltet ist.
7. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbrennung des auf das Brenngutbett (7) dosierten Brennstoffs abhängig von
zumindest einer die Wärmegrundlast reproduzierenden Größe und die Dosierung des über
die zweite Zuführeinrichtung (10) dosierten Brennstoffs abhängig von zumindest einer
eine Wärmebedarfsspitze reproduzierenden Größe erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zuführeinrichtung (10) während eines Anbrands des Brennstoffs der ersten
Zuführeinrichtung (4) betrieben wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vermahlen eines festen Brennstoffs auf eine Partikelgröße oberhalb einer Selbstentzündungsgrenze
begrenzt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Heizenergie und erwärmtes Brauchwasser bereitstellende Vorrichtung (1) im Heizbetrieb
mittels Brennstoff der ersten Brennstufe (2) und im Brauchwassererwärmungsbetrieb
zusätzlich die zweite Brennstufe (3) betrieben wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs der zweiten Brennstufe (3) vorerwärmtes Wasser des zumindest
einen Wärmespeichers in den Wärmetauscher (13) eingebracht wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärzuluft mittels einer Heizeinrichtung (17) erwärmt wird.