DE29922216U1 - Vorrichtung zur Wärmenutzung von kompaktierten halm- und stengelförmigen Energiepflanzen in Feuerungsanlagen kleiner Leistung - Google Patents

Description

Vorrichtung zur Wärmenutzung von kompaktierten halm- und stengeiförmigen Energiepflanzen in Feuerungsanlagen kleiner Leistung

Gegenstand der Neuerung ist eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Wärmenutzung von zu Ballen kompaktierten festen biogenen Brennstoffen, nämlich halm- und stengelförmigen Energiepflanzen, wie Stroh, Schilf, Heu, Torf &ogr;. dgl. in Feuerungsanlagen kleiner Leistung (bis ca. 100 kW) bei diskontinuierlicher Brennstoffbeschickung ohne vorherige Zerkleinerung und/oder Brikettierung desselben zur kontinuierlichen Bereitstellung der erzeugten Wärme, wobei das Verfahren zweistufig durchgeführt wird.

Vergaser- bzw. Verbrennungsanlagen für halm- und stengelförmige Produkte der Land- und Forstwirtschaft für energetische Zwecke sind gegenwärtig für Anlagen im großen Leistungsbereich bekannt. Dabei werden bei den meisten Anlagen die kompaktierten Ballen (Quaderballen, Rundballen u. dgl.) vor oder während der Einbringung in den Vergasungsbzw. Verbrennungsraum mit hohem energetischem und technischem Aufwand zerkleinert (DE OS 3000671), aufgebest oder zu Schüttmaterial verarbeitet, das direkt oder pelletiert und portionsgerecht (DE OS 3005039, 3302380) in einen kontinuierlichen Verbrennungsprozeß geleitet wird.

Bei einigen Anlagen nutzt man auch das sogenannte "Zigarrenbrennerprinzip", bei dem z. B. aufgebeste Strohballen als Strohstrang (DE OS 3311415) kontinuierlich durch einen Presskanal pfropfenartig in den Reaktionsraum eingeschoben werden, die am vorderen Ende abbrennen (DE OS 3031395).

Ein Vorschlag nach DE OS 3025565 sieht auch vor, durch eine innerhalb des Feuerungsraumes angeordnete Vorrichtung den zugeführten Pressballen stimseitig soweit aufzulockern, wie es für die zu erzeugende Wärmemenge erforderlich ist.

Da beim Verbrennen von Stroh der Ascheanteil relativ groß ist, wird die Asche mittels eines drehenden Ascheabstreifers schneepflugartig abgestreift (DE OS 3109917). Andere Vorschläge sehen Rüttelroste (DE OS 3418864) oder zwangsbewegte Auflockerungselemente im Rost, wie vergleichsweise nach DE OS 3516859 oder 3902159, als auch Drehroste (DE OS 3524961) zum Abtragen der Asche vor.

Die vorgenannten Einrichtungen sind bau- und warrungsaufwendig. Störungen im Betrieb sind nicht auszuschließen. Ihre Bedienung setzt zudem qualifiziertes Personal voraus.

Periphere Zuführeinrichtungen, Zerkleinerungsmechanismen und Dosiereinrichtungen für Feuerungsanlagen sind unter diesen Bedingungen nur im großen Leistungsbereich ökonomisch vertretbar. Das Gleiche gilt aber nicht für Anlagen kleiner Leistung, die auch von nicht spezialisiertem Personal bedient werden sollen.

Für die Nutzung von halm- und stengeiförmigem voluminösem Erntegut ist in der Regel zum Zweck ihres Transportes und zur Einlagerung eine Verdichtung zu einer handhabbaren Materialform (Ballen) notwendig. Hierzu haben sich vor allem die in der Landwirtschaft üblichen und im weiten Rahmen standardisierten Ballenpressen durchgesetzt. Diese werden zur Verdichtung des losen biogenen Materials zu den bekannten Hochdruckballen, Rundballen, kubischen Großballen, eingesetzt. Bekannt sind auch Systeme, bei denen das biogene Material, wie beispielsweise Stroh, vor Ort gehäckselt und Pellets verpresst wird.

Die Maschinen- und Verfahrensketten zur Bergung von halm- und stengeiförmigen Materialien (Pressen, Laden, Transport und Einlagern) sind in der Landwirtschaft erprobt und seit Jahren vorhanden.

Im Gegensatz zu Feuerungsanlagen großer Leistung ist eine Reduzierung von z. B. Lagerungs- und Transportkosten durch Nutzung von dezentralen Feuerungsanlagen kleiner Leistung (ca. 100 kW) aus Sicht ihrer Effizienz geboten.

Für die thermische Verwertung von biologischen festen Brennstoffen mit halm- oder stengelartiger Struktur in kompaktierter Ballenform kommen, unter Nutzung o. g. technischer Aufbereitungsmittel, im wesentlichen zwei Verfahrensprinzipien zur Anwendung. Einmal das direkte Verbrennen der in einen Feuerungsraum kontinuierlich eingetragenen Brennstoffe (z. B. DE-OS 3016531) mit anschließender Wärmenutzung über Wärmeübertrager (DE-OS 2943250). Nach dem zweiten Prinzip erfolgt in einer Vorbrennzone unter Zuführung von Verbrennungserstluft (Primärluft) eine teilweise Verbrennung und Verschwelen zur Erzeugung von Schwelgas, das im Anschluß in einer Nachbrennzone oder Brennkammer unter Zuführung von Verbrennungszweitluft (Sekundärluft) vollständig verbrannt wird (DE-OS 3020799, 3022166, 3023420 und 3023421). Die freigesetzte Wärme wird direkt über Rohrwandwärmeübertrager oder doppelwandige, das Kühlwasser führende Heizkessel DE-OS 3011780 oder über nachgeordnete Wärmeübertrager abgeführt.

Bei beiden Prinzipien ist zu beobachten, dass durch den hohen Ascheanteil die Verbrennung unvollständig erfolgt und ein Teil der Restgase ungenutzt in die Atmosphäre entweicht. Diese hohen Ascheanteile schränken auch die Wirksamkeit des Feuerungsraumes und der Wärmeübertrager erheblich ein, was häufige Reinigungsarbeiten notwendig werden lässt. Auch ist zu beobachten, dass bei zu Ballen kompaktierten biogenen Brennstoffen die Feuerungsräume, insbesondere die Vergasungskammern nicht optimal angepasst sind. Durch verbleibende Freiräume kommt es an Stelle einer gewünschten langsam ablaufenden kontinuierlichen Vergasung zum vorschnellen Verbrennen der eingesetzten Brennstoffe bis hin zu einer Verpuffung. Solche Reaktionen behindern bei Kesselanlagen kleiner Leistung den kontinuierlichen Betrieb bzw. sie können erheblichen Beschädigungen an der Anlage verursachen.

Das Ziel der Neuerung ist es, eine Feuerungsanlage kleiner Leistung (ca. 100 kW) für Brennstoffe aus halm- und stengeiförmigem voluminösem Erntegut in handhabbarer Materialform (Ballen), insbesondere in Form von Hochdruckballen, Rundballen oder kubischen Großballen zu schaffen, die unter den Bedingungen eines diskontinuierlichen Brennstoffeintrages eine kontinuierliche thermische Verwertung, d. h. eine kontinuierliche Wärmeerzeugung (-Nutzung) ermöglicht. Hierbei soll eine verbrennungstechnische Aufbereitung (aufbohren, zerkleinern, pelletieren oder aufbesen des Brennmaterials) und/oder ein komplizierter und aufwendiger mechanischer Ascheabtrag entfallen. Entsprechend dem vorgesehenen dezentralen Verwendungszweck soll die Feuerungsanlage transportabel, effizient und umweltschonend sein und in ihrer Bedienung einfach und von NichtSpezialisten erfolgen können.

Entsprechend der vorgenannten Bedingungen umfasst die Vorrichtung zur Wärmenutzung von kompaktierten halm- und stengelförmigen Energiepflanzen in Feuerungsanlagen kleiner Leistung (bis ca. 100 kW) folgende Merkmale:

• ein isoliertes Gehäuse (vorzugsweise Container), in dem alle verfahrensspezifischen Funktionsbaugruppen eingeordnet sind,

• eine Vergasungskammer mit vertikal orientierter Längsachse,

• dass der Querschnitt der Vergaserkammer formschlüssig dem Brennstoffballen angepaßt ist,

• dass bei fehlender Anpassung der Vergasungskammer eine dem Brennstoffballen angepaßte glockenartige Abdeckhaube zugeordnet ist,

• dass die Abdeckhaube am unteren Rand Abzugsbohrungen oder Schlitze trägt,

• dass die Abdeckhaube sich gegenüber dem Ascherost auf Stützen abstützt,

• einen Ascherost im unteren Teil der Vergasungskammer, der als Igel- oder Stelzenrostes ausgebildet ist,

• dass der Ascherost eine einstellbare und schwenkbare Rostgrundplatte umfasst,

• dass die Rostgrundplatte als Igel- bzw. Stelzenrostes eine endliche Zahl hohler lanzenartige Stelzen trägt, die auf der Seite der Vergasungskammer verschlossen sind,

• dass der Verschluss der Stelzen plan, rund, spitzkegelig, abgeflacht und spitz oder kreuzförmig spitz ist,

• dass die Rostgrundplatte geneigt fixiert ist,

• dass die Rostgrundplatte in einem Gelenk schwenkbar angelenkt ist,

• dass sich die Rostgrundplatte auf der gelenkfreien Seite auf einem festen oder einstellbaren Widerlager abstützt,

• dass die Stelzen in der Rostgrundplatte lotrecht, d. h. Parallel zur Längsachse der Vergasungskammer eingepasst sind,

• dass die Stelzen unterhalb der Rostgrundplatte offen sind und zur Gaskammerseite Luftübertrittsbohrungen aufweisen,

• dass in der Rostgrundplatte zwischen den Stelzen eine diverse Anzahl von Düsenbohrungen flächendeckende angeordnet sind,

• dass auf einer Längsseite der Vergasungskammer eine über die gesamte Kammerhöhe reichende Tür schwenkbar angeordnet ist,

• eine dem Ascherost zugeordnete Aschekammer mit Reinigungstür,

• eine Primärluftzuführung unter und/oder oberhalb der Rostgrundplatte,

• eine aus dem Rauchgasabzug zuschaltbare Rauchgasrezirkulationsleitung zur Vergaserkammer,

• einem Beobachtungs- und Zündloch in der Vergaserkammer,

• einer vertikal ausgerichteten und parallel zur Vergasungskammer angeordneten zweizügigen Brennkammer bestehend aus einer Misch- und Vorbrennkammer und einer Nachbrennkammer,

• einer Sekundärluftzuleitung im oberen Bereich der Misch- und Vorbrennkammer und einem Brenngaseintritt aus der Vergasungskammer,

• einer als Beruhigungs- und Umlenkzone ausgebildeten Strömungskammer zwischen der Misch- und Vorbrennkammer und der Nachbrennkammer

• dass der Durchmesser, Querschnitt oder die Kammerlänge der Nachbrennkammer größer ist als der Misch- und Vorbrennkammer,

• einem Wärmeübertrager, vorzugsweise mit zwei vertikal angeordneten Zügen und einer dazwischen angeordneten Umlenkkammer,

• ·

• einem Saugzug- und/oder Druckgebläse hinter dem Wärmeübertrager im Rauchgasabzug bzw. in der Primär-und Sekundärluftzuleitung,

• einem Wärmespeicher als Pufferspeicher in Parallel- oder Reihenschaltung zum Wärmeübertrager,

• einem Temperaturfühler Ti unmittelbar über dem Ascherost,

• einem Temperaturfühler und &lgr;-Sonde TSi und TS2 am Ein- und Austritt der Brennkammer,

• einem Temperaturfühler T2 am Rauchgasabzug,

• dass die Meßfühler Ti, T2, TSi und TS2 rechnergestützt mit Regelelementen in der Primär- und Sekundärluftleitung wirkverbunden sind.

Weitere spezifische Gestaltungformen zur Optimierung der Bauform können darin bestehten, dass die Vergasungskammer, die Brennkammer und der Wärmeübertrager parallel hintereinander oder das die Brennkammer und der Wärmeübertrager nebeneinander und hinter der Vergaserkammer angeordnet sind, oder dass die Brennkammer unmittelbar über dem Wärmeübertrager angeordnet ist.

Vorschlagsgemäß kann desweiteren der Wärmespeicher parallel zum Wärmeübertrager (3) im Container oder separat stationiert angeordnet sein.

Die Verwendung der neuerungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass die kompaktierten Ballen im ganzen in eine luftdicht verschließbare Vergasungskammer auf einem Rost raumfüllend eingesetzt und durch Zuführung unterstöchiometrischer Primärluft über den Rost im Schwelbrand vergast werden. Die erzeugten Schwelgase werden anschließend in eine, im wesentlichen vertikal angeordnete, zweizügige Brennkammer im oberen Bereich ihres ersten Brennkammerzuges unter Zugabe von Sekundärluft eingeleitet, gemischt und zur Verbrennung gebracht und im unteren Bereich vor dem zweiten Brennkammerzug zum Ausfallen von Flugasche durch eine als Beruhigungszone ausgebildete Strömungskammer geführt und anschließend im zweiten aufsteigenden Brennkammerzug zum Ausbrand (Nachverbrennung) gebracht. Nach dem Ausbrand werden die heißen Rauchgase durch einen Wärmeübertrager geleitet, wo die Auskopplung der Nutzwärme erfolgt. Parallel zum sofortigen Nutzwärmeentzug wird zur Kompensierung von Betriebsschwankungen und Betriebsunterbrechungen Wärme in einem Pufferspeicher gespeichert. Aus dem Wärmeübertrager heraus werden die Rauchgase über einen Schornstein in die Atmosphäre abgeführt.

Die Steuerung der Luftzuführung (Primär- und Sekundärluft) erfolgt in Wechselwirkung mit einer Temperatur- und Sauerstoffkontrolle am Brennkammerein- und -austritt und bezüglich der Vergasungstemperatur oberhalb des Ascherostes und nach dem Wärmeübertrager, vorzugsweise im Rauchgasabzug. Neben der Zuleitung von Primärluft werden in Abhängigkeit des Vergasungsfortschrittes, insbesondere zur Unterdrückung offener Flammenbildung (Verpufrungsgefahr), Rauchgase aus dem Rauchgasabzug über eine Rezirkulationsleitung in die Vergasungskammer zurückgeführt.

Zur Sicherstellung einer gleichmäßigen Primärluftverteilung in die Vergasungszone am Ballen und zum relativ selbständigen Ascheabtrag ist in der Vergasungskammer ein Ascherost in Form eines „Igelrostes/Stelzenrostes" mit zusätzlichen Luftübertrittsbohrungen vorgesehen. Auf diesem liegen die Brennstoffballen auf und sinken proportional zum Fortschritt des Schwelbrandes durch ihre Masseschwerkraft ein. Dadurch wird die untere Schwelbrandfläche aufgelockert, vergrößert und das Abfallen der mit unverbrannten Bestandteilen durchsetzten Asche bewirkt. Die abfallende Asche mit möglichen unverbrannten Bestandteilen wird von

einer geneigten Rostgrundplatte aufgefangen, zum Fluidisieren und gleichzeitig zum Ausbrennen der mitgetragenen nichtverbrannten Teilchen gebracht. Entsprechend der Neigung der Rostgrundplatte wird die fluidisierte Asche langsam und kontinuierlich in eine Aschekammer abgeleitet.

Ein installiertes Saug-Zug-Gebläse (und/oder Druck-Gebläse) sorgt dafür, dass die Primärluft in die Vergasungskammer und die Sekundärluft in die erste Stufe der zweigeteilten Brennkammer gelangt.

Die Regelung der unterstöchiometrischen Primärluftzufuhr in die Vergasungskammer ist erfindungsgemäß so ausgestaltet, dass die eingesetzten Brennstoffballen kontinuierlich und gleichmäßig so vergast werden, dass über einen längeren Zeitraum ein Maximum an brennbaren Gasen erzeugt wird. Das Verbrennen der Reaktionsgase innerhalb der zweizügigen Brennkammer erfolgt mit Luftüberschuß und kontinuierlich abnehmender Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Brennkammer, wobei gleichzeitig die Sekundärluftzufuhr im ersten Teil der zweizügigen Brennkammer geregelt erfolgt. Als Meßsonden zur Kontrolle der Primär- und Sekundärluftzufuhr als auch zur Abgaskontrolle sind Lambda (&lgr;) - Sonden und Temperaturfühler vorgesehen.

Weiterhin ist vorgesehen, dass für zeitlich begrenzte diskontinuierliche Betriebsunterbrechungen der Kesselanlage oder auch zum Zweck der Brennstoffbeschickung die Wärmeentnahme aus dem mit dem Wärmeübertrager gekoppelten Pufferspeicher erfolgt.

Die hier aufgezeigte Verfahrensweise zur Wärmeerzeugung aus halm- und stengeiförmigen Energiepflanzen ist durch das Nachfüllen der Anlage mit neuem Brenn- bzw. Vergasungsmaterial ein diskontinuierliches Verfahren. Ist aber der Vergasungsprozeß in der Vergaserstufe in Gang gesetzt, so ist ein kontinuierlicher Prozeßablauf (Erzeugung von Brenngasen, Vergasung) garantiert, indem die optimalen Temperatur- und Konzentrationsbereich eingehalten und gewährleisten werden.

In beiden Bereichen, Vergaserstufe und Verbrennungsstufe, sind während des Betriebes die Temperaturbereiche so eingestellt, daß ein Schmelzen der Asche- und der Staubpartikel verhindert wird. Im ersten Teil der zweizügigen nicht gekühlten (bzw. sehr gut isolierten) Brennkammer, wo die Durchströmung von oben nach unten vorrangig genutzt wird, ist das Vermischen der Brenngase mit der Luft und die Vorverbrennung vorgesehen. Im zweiten Teil der Brennkammer, wo vorzugsweise die Durchströmung von unten nach oben vorgesehen ist, erfolgt die vollständige Verbrennung der restlichen Brenngase. Die Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit wird konstruktiv gegenüber dem ersten Teil der Brennkammer durch einen größeren Durchmesser, Querschnitt und/oder Kammerlänge des zweiten Brennkammerzuges erreicht. Zusätzlich ist zwischen den beiden Brennkammerzügen im unteren Teil der Brennkammer eine Strömungskammer als Beruhigungszone vorgesehen. In dieser Strömungskammer werden die Brenngase um 180° umgelenkt und durch die stark reduzierte Strömungsgeschwindigkeit mögliche mittransportierte Asche- und Staubpartikel aus dem Brenngasstrom ausgeschieden.

Die in der Strömungskammer abgefangene Asche wird in gegebenen Intervallen im kalten Zustand der Anlage entnommen.

Die neuerungsgemäßen Merkmale sind in den Ansprüchen 1 bis 5 zusammengefaßt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand zwei bevorzugter Ausfuhrungsbeispiele näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: Schematische Darstellung (Vertikalschnitt) der Hauptbaugruppen der Heizungsanlage

Fig. 2: Schematische Darstellung (Horizontalschnitt) der Hauptbaugruppen der Heizungsanlage

Fig. 3: Schematische Darstellung des Stelzen- oder Igelrostes mit Primärluftzuführung Fig. 4: Schematische Darstellung der Abdeckhaube, vorzugsweise für kleinere Ballen

Die in Fig. 1 und 2 dargestellten Anlagen bestehend aus der Vergaserkammer 1, der zweizügigen Brennkammer 2 und der Wärmeübertragereinheit 3 sind vorgesehen zur Wärmeerzeugung, in der halm- und stengeiförmige land- und forstwirtschaftliche Produkte in Form von kompaktierten ballenförmigen Biomassen 6 (Energiegetreide, Stroh, Heu, Torf u.a.) energetisch genutzt werden. Die möglichst kompakt (Container) zusammengebaute Anlage umfaßt ein Gehäuse 4 aus Blech, welches eine Wärmeisolierung 4.1 aufweist, so dass die Wärmeabstrahlung und damit auch die Wärmeverluste gering gehalten werden.

Die Vergaserkammer 1 hat einen dem Brennstoffballen 6 angepassten Querschnitt (rechteckig oder je nach bevorzugter Ballenform durch den Betreiber) und wird durch die Tür 11 im vorderen Bereich mit dem Brennstoff bzw. Vergasungsmaterial beschickt. Die Vergasungskammer 1 ist bei jeder Anlage auf die jeweilige dominierende Brennstoffballenform auszuführen, um damit sicherzustellen, dass eine vollständige Kammerfüllung für eine ungestörte gleichmäßige Vergasung erreicht wird. Bei Nutzung von kleineren Ballen, die manuell eingesetzt werden können, wird diese Raumfüllung durch die Verwendung einer zusätzlichen Abdeckhaube 20 über dem Brennstoffballen 6 erreicht. Größere oder auch schwerere Ballen können durch die große Öffnung der Tür 11, die über die gesamte Höhe der Vergasungskammer 1 bis zum Ascherost 5 reicht, ungehindert mit technischen Hilfseinrichtungen zur Beschickung gebracht werden. Nach Beschickung der Vergasungskammer 1 und luftdichten Verschluß der Tür 11 wird der Brennstoffballen 6 entzündet. Zum Entzünden ist in der Tür 11 die dicht verschließbare Zünd- und Beobachtungsöffnung 18 vorgesehen. Damit wird ein unkontrollierter Fremdlufteintritt verhindert.

Unterhalb des Ascherostes 5 in der Vergasungskammer 1 sind eine oder mehrere Primärlufteinlassöffhungen 7 vorgesehen. Sie sind insgesamt regelbar und sollen gewährleisten, dass in der Vergasungskammer 1 eine Vergasung der Biomasse unter unterstöchiometrischen Luftmangel und zeitlich gestuft abläuft. Damit wird zugleich die Möglichkeit der "Verpuffung" (unkontrollierte Verbrennung) von Brenngasen ausgeschlossen.

Der Beschickungsseite gegenüberliegend befindet sich am hinteren oberen Ende des Vergasungsraumes 1 die Brenngaseinlassöffhung 10 in die zweizügige Brennkammer 2.
Für die Funktionsweise in der Vergasungskammer 1 ist es zweckmäßig, wenn sich um den zu vergasenden Brennstoffballen 6 möglichst wenig Freiraum befindet, d. h. dass entsprechend der zu nutzenden biogenen Brennstoffe der Vergasungsraum 1 an die Größe der Ballen formgeometrisch angepasst ist. Damit wird eine ruhige durchgreifende Vergasung ohne offene

Flammenbildung erreicht und die Gefahr einer Verpuffung maximal ausgeschlossen. Werden kleinere Brennstoffballen 6 in die Vergasungskammer 1 eingesetzt, so wird, wie in Fig.4 dargestellt, dieser mit einer glockenförmigen Abdeckhaube 20 „luftdicht" überstülpt. Damit ist abgesichert, dass nur im unteren offen liegenden Bereich des Brennstoffballens 6 Luft an das Material gelangt und nur an dieser Auflageseite die Vergasung bewirkt wird.

Die entstehende Asche gelangt durch den stelzen- oder igelartig ausgebildeten Ascherost 5 (Fig. 3) auf die Rostgrundplatte 5.2 unterhalb des Vergasungsraumes 1. So kann gewährleistet werden, dass der Brennstoffballen 6 durch sein eigenes Gewicht nach unten gedrückt wird, verschwelt und die Asche abfällt.

Durch eine Vielzahl kleiner Düsenbohrungen 7.1 in der Rostgrundplatte 5.2 des Ascherostes 5 wird eine gleichmäßige flächendeckende Luftverteilung erreicht. Die Asche wird so intensiv verwirbelt und die in ihr noch befindlichen nichtverbrannten Teilchen verbrannt. Zugleich wird durch die Luft eine Fluidisation der Asche bewirkt. Durch ihre eigene Schwerkraft fließt sie auf der schräg angestellten Rostgrundplatte 5.2 in die Aschekammer 5.1 ab. Dieser kontinuierliche Ascheabtransport verhindert einen Rückstau und sichert damit einen flächendeckender Schwelbrand an der aufliegenden freien Brennstoffballenfläche. Durch die Passgenauigkeit der Vergasungskammer 1 werden die Seitenflächen des Brennstoffballens 6 relativ wenig angegriffen, so dass über den gesamten Schwelprozess bis zum vollständigen Verbrauch (Ausbrand) des Brennstoffvorrats in gerichteter Weise von unten nach oben der Schwelbrand gleichmäßig abläuft. Damit wird eine effektive Brenngaserzeugung erreicht. Durch einen langsamen Vergasungsprozeß wird auch erheblich weniger Asche mit den entstehenden Brenngasen aus dem Vergasungsraum ausgetragen. Bei entsprechend gut geregelter Luftzufuhr in der Vergasungskammer 1 (also mit Luftmangel) wird zugleich gesichert, dass der Vergasungsprozess nicht zum Erliegen kommt.

Die in der Vergasungskarnmer 1 erzeugten Brenngase werden direkt in die nachgeordnete zweizügige Brennkammer 2 geleitet. Parallel dazu wird über den geregelten Sekundärlufteinlass 8 Sekundärluft in den Misch- und Vorbrennraum 12 eingebracht. Im gezeigten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 erfolgt der Transport der Primär- und Sekundärluft durch Unterdruck, der mit dem im Rauchgasabzug 20 angeordneten Gebläse 9 erzeugt wird. Im ersten Brennkammerzug der zweizügigen Brennkammer 2 werden die Brenngase vertikal von oben nach unten geführt, vermischt und mit Luftüberschuss teilweise bis vollständig verbrannt. Im zweiten, als Nachbrennkammer 13 ausgeführten Brennkammerzug werden die Gase von unten nach oben geführt und vollständig verbrannt. Zur Gewährleistung eines sicheren Ausbrandes der Gase in der Nachbrennkammer 13 ist diese gegenüber der Misch- und Vorbrennkammer 12 in ihrem Durchmesser bzw. in ihrer Querschnittsfläche größer ausgeführt. Damit wird eine Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit erreicht und gleichzeitig die Verweilzeit der Gase in der Nachbrennkammer verlängert. Aus der Nachbrennkammer 13 werden die ausgebrannten Gase dann in die Wärmeübertragerbaugruppe 3 (3.1,3.2) übergeleitet.

Um die Wärmeabstrahlung in dem Misch- und Vorbrennraum 12 auf ein Minimum zu beschränken, ist dieser Bereich zusätzlich isoliert.

Die Umlenkung des Gasstromes um 180° zwischen beiden Brennkammerzügen erfolgt in der Strömungskammer 14. Um mittransportierten Flugascheteilchen nicht in den Wärmeübertrager 3 gelangen zu lassen, ist ihr Kammervolumen so bemessen, dass die Durchflussgeschwindigkeit soweit absinkt, dass die Asche- und Staubpartikel aus dem Gasstrom abgeschieden werden.

Die Entnahme der in der Strömungskammer 14 abgelagerten Asche erfolgt über die luftdicht abschließende Reinigungstür 14.1. Es versteht sich, dass bei der Verbrennung von festen Brennstoffen, insbesondere von halm- und stengeiförmigen Brennstoffen, ein vergleichsweise hoher Ascheanteil zu erwarten ist, der eine häufigere Reinigung des Heizkessels erforderlich macht (z. B. vor jeder erneuten Beschickung).

Nicht nur diese Reinigungsöffnung, sondern auch alle anderen Reinigungsöffhungen sind während des Betriebes des Heizkessels selbstverständlich geschlossen zu halten, so dass in die gesamte Anlage keinerlei Falschluft eintreten kann. Die Reinigung bzw. das Entfernen der Asche aus der Anlage sollte möglichst im kalten Zustand, spätestens jedoch vor dem neuen Befallen der Vergasungskammer 1 erfolgen.

Wie die Fig.l und 2 zeigt, ist der Wärmeübertrager 3 zur Erreichung einer großen Oberfläche und im Sinn einer Bauteiloptimierung in eine ab und aufsteigende Kammer 3.1 und 3.2 unterteilt, die durch die Umlenkkammer 15 miteinander verbunden sind. Infolge der Umlenkung der Rauchgase in der Umlenkkammer 15 kommt es zu einer intensiven Anströmung der Bauteile. Durch die große Oberfläche und Kammerlänge des Wärmeübertragers 3 wird die Verweilzeit vergrößert und eine sehr gute Ausnutzung der Wärmeübertragung auf das Wärmeträgermedium erreicht.

Die Reinigung der Rauchgasrohre 3.3 im Wärmeübertrager 3 erfolgt über die Reinigungsöffnung 16 auf der Oberseite des Gehäuse 4. Eventuell abgelagerte Flugasche in der Umlenkkammer 15 wird über die luftdicht abschließende Reinigungstür 15.1 entsorgt.

Die Darstellung der Kesselanlage nach Fig. 2 unterscheidet sich durch ihre kompaktere Bauweise von der Darstellung nach Fig. 1. Wie zu erkennen ist, sind die Brennkammer 2 und der Wärmeübertrager 3 parallel nebeneinander und unmittelbar hinter der Vergasungskammer 1 positioniert. Bei beiden Ausführungsformen wurde der Wärmespeicher als Wärmepuffer nicht dargestellt.

Fig. 3 zeigt nochmals den Ascherost 5 mit der schräg angestellten und über das Gelenk 5.21 schwenkbar angelenkten Rostgrundplatte 5.2. Die Schrägstellung wird über das feste oder auch begrenzt einstellbare Wiederlager 5.22 abgestützt. Die Stelzen 5.3, die an der Rostgrundplatte befestigt sind, ragen lotrecht in die Vergasungskammer (hier nicht dargestellt) hinein. Der Brennstoffballen 6 wird von den Stelzen 5.3 getragen. Über den Primärlufteinlass 7 erfolgt die unterstöchiometrisch geregelte Luftzufuhr durch Unter- oder Überdruck. Aus der Verteilerkammer 1.1 unter der Grundrostplatte 5.2 wird die Luft über die Stelzen 5.3 und von dort über die strahlenförmig angeordneten Luftaustrittsbohrungen 7.2 auf der Unterseite des Brennstoffballen 6 in die Vergasungskammer 1 geleitet, wo sie sich über die gesamte Schwelfläche verteilt. Während des Schwelvorganges wird die Asche durch die intensive Luftströmung abgelöst und fallt auf die Rostgrundplatte 5.2. Durch den parallel über die Düsenbohrungen 7.1 flächendeckend geforderten Luftstrom wird die Asche aufgewirbelt und fluidisiert. Von der Asche mitgerissene nichtverschwelte Brennstoffteilchen werden hierbei verbrannt. Die fluidisierte Asche fließt durch ihre Schwerkraft und die Schrägstellung der Rostgrundplatte 5.2 in die Aschekammer 5.1 ab.

Die in Fig.4 dargestellte Abdeckhaube 20 kommt zur Anwendung, wenn Brennstoffballen kleiner Abmessung in eine größere Vergasungskammer eingesetzt werden sollen. Die Abdeckhaube 20 ist glockenförmig ausgebildet und dem jeweiligen Brennstoffballen

formgeometrisch angepasst. Dementsprechend kann sie auch längsgeteilt ausgeführt sein. Für einen freien Gasaustritt ist ihr unterer Rand mit Schlitzen 21 (linke Hälfte der Fig.) oder mit Abzugsbohrungen 23 in mehreren Reihen ausgestattet. Das erzeugte Brenngas wird über diese Öffnungen in die Vergasungskammer 1 abgeleitet. Getragen wird die Abdeckhaube 20 durch Stützen 23, die in der Regel der Höhe der Stelzen 5.3 entsprechen und auf der Rostgrundplatte 5.2 befestigt sind.

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Bezugszeichen

1 Vergasungskammer 1.1 Verteilerkammer

2 Brennkammer

2.1 Brennkammerisolierung

3 Wärmeübertrager

3.1 Kammer

3.2 Kammer

3.3 Rauchgasrohr

4 Gehäuse 4.1 Isolierung

5 Ascherost (IgeWStelzenrost)

5.1 Aschekammer 5.11 Reinigungstür

5.2 Rostgrundplatte

5.21 Gelenk

5.22 Widerlager

5.3 Stelze

6 Brennstoffballen

7 Primärlufteinlass (-zuführung)

7.1 Düsenbohrung

7.2 Luftaustrittsbohrung

8 Sekundärlufteinlass (-leitung)

9 Gebläse

10 Brenngaseinlass

11 Tür

12 Misch- und Vorbrennkammer

13 Nachbrennkammer

14 Strömungskammer 14.1 Reinigungstür

15 Umlenkkammer 15.1 Reinigungstür

16 Reinigungsöffnung

17 Rauchgasrezirkulationsleitung

18 Beobachtungs- und Zündloch

19 Rauchgasabzug

20 Abdeckhaube

21 Schlitz

22 Abzugsbohrung

23 Stützen

Ti Temperaturfühler

TSi Temperatur- und Stickoxyd-Fühler (&lgr;-Sonde)

TS2 Temperatur- und Stickoxyd -Fühler (&lgr;-Sonde)

T2 Temperaturfühler

Claims (5)

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Wärmenutzung von zu Ballen kompaktierten festen biogenen Brennstoffen, nämlich halm- und stengelförmigen Energiepflanzen, wie Stroh, Schilf, Heu, Torf o. dgl. in Feuerungsanlagen kleiner Leistung (bis ca. 100 kW) bei diskontinuierlicher Brennstoftbeschickung ohne vorherige Zerkleinerung und Brikettierung desselben zur kontinuierlichen Bereitstellung der erzeugten Wärme, wobei das Verfahren zweistufig durchgeführt wird und in einer ersten Stufe die Vergasung und in einer zweiten Stufe die Verbrennung erfolgt, gekennzeichnet dadurch, dass die Feuerungsanlage folgende Merkmale umfasst, nämlich:

- ein isoliertes Gehäuse (4) (vorzugsweise Container), in dem alle verfahrensspezifischen Funktionsbaugruppen eingeordnet sind,

- eine Vergasungskammer (1) mit vertikal orientierter Längsachse,

- dass der Querschnitt der Vergaserkammer (1) formschlüssig dem Brennstoffballen (6) angepaßt ist,

- dass bei fehlender Anpassung der Vergasungskammer (1) eine dem Brennstoffballen (6) angepaßte glockenartige Abdeckhaube (20) in der Vergasungskammer (1) eingesetzt ist,

- dass die Abdeckhaube (20) am unteren Rand Abzugsbohrungen (22) oder Schlitze (21) trägt,

- dass die Abdeckhaube (20) sich gegenüber dem Ascherost (5) auf Stützen (23) abstützt,

- ein Ascherost (5) im unteren Teil der Vergasungskammer (1), der als Igel- oder Stelzenrostes ausgebildet ist,

- dass der Ascherostes (5) eine einstellbare und schwenkbare Rostgrundplatte (5.2) umfasst,

- dass die Rostgrundplatte (5.2) als Igel- bzw. Stelzenrostes hohle lanzenartige Stelzen (5.3) trägt, die einseitig nach oben verschlossenen sind,

- dass der Verschluss der Stelzen plan, rund, spitzkegelig, abgeflacht und spitz oder kreuzförmig spitz ist,

- dass die Rostgrundplatte (5.2) geneigt fixiert ist,

- dass die Rostgrundplatte (5.2) in einem Gelenk (5.21) schwenkbar angelenkt ist,

- dass sich die Rostgrundplatte (5.2) auf ihrer gelenkfreien Seite auf einem festen oder einstellbaren Widerlager (5.22) abstützt,

- dass die Stelzen (5.3) in der Rostgrundplatte (5.2) lotrecht eingepasst sind,

- dass die Stelzen (5.3) unterhalb der Rostgrundplatte (5.2) offen sind und auf der Gaskammerseite Luftübertrittsbohrungen (7.2) besitzen,

- dass in der Rostgrundplatte (5.2) zwischen den Stelzen (5.3) eine diverse Anzahl von Düsenbohrungen (7.1) angeordnet sind,

- dass auf einer Längsseite der Vergasungskammer (1) eine über die gesamte Kammerhöhe reichende Tür (11) schwenkbar angeordnet ist,

- eine dem Ascherost (5) zugeordnete Aschekammer (5.1) mit Reinigungstür (5.11),

- eine Primärluftzuführung (7) unter und/oder oberhalb der Rostgrundplatte (5.2),

- eine zuschaltbare Rauchgasrezirkulationsleitung (17) zur Vergaserkammer (1),

- einem Beobachtungs- und Zündloch (18) in der Vergaserkammer (1),

- einer vertikal ausgerichteten und parallel zur Vergasungskammer (1) angeordneten zweizügigen Brennkammer (2), bestehend aus einer Misch- und Vorbrennkammer (12) und einer Nachbrennkammer (13),

- einer Sekundärlufizuleitung (8) im oberen Bereich der Misch- und Vorbrennkammer (12) und einem Brenngaseintritt (10) aus der Vergasungskammer (1),

- einer als Beruhigungs- und Umlenkzone ausgebildeten Strömungskammer (14) zwischen der Misch- und Vorbrennkammer (12) und der Nachbrennkammer (13),

- dass der Durchmesser, Querschnitt oder die Kammerlänge der Nachbrennkammer (13) größer ist als der/die der Misch- und Vorbrennkammer (12),

- einem Wärmeübertrager (3), vorzugsweise mit zwei vertikal angeordneten Zügen (3.1, 3.2) und einer dazwischen angeordneten Umlenkkammer (15),

- einem Saugzug- und/oder Druckgebläse (9) hinter dem Wärmeübertrager (3) inm Rauchgasabzug (19) bzw. in der Primär-und Sekundärlufizuleitung (7; 8),

- einem Wärmespeicher als Pufferspeicher in Parallel- oder Reihenschaltung zum Wärmeübertrager (3),

- einem Temperaturfühler T₁ unmittelbar über dem Ascherost (5),

- einem Temperaturfühler und λ-Sonde TS₁ und TS₂ am Ein- und Austritt der Brennkammer (2),

- einem Temperaturfühler T₂ am Rauchgasabzug (19),

- dass die Meßfühler T₁, T₂, TS₁ und TS₂ rechnergestützt mit Regelelementen in der Primär- und Sekundärluftleitung (7; 8) wirkverbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Vergasungskammer (1), die Brennkammer (2) und der Wärmeübertrager (3) parallel hintereinander angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (2) und der Wärmeübertrager (3) nebeneinander hinter der Vergaserkammer (1) angeordnet sind,

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (2) unmittelbar über dem Wärmeübertrager (3) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmespeicher im Container oder separat stationiert angeordnet ist.