EP4524467A1 - Biomass boiler and method for operating a biomass boiler - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Biomasse-Heizkessel (1) für einen Biomasse-Festbrennstoff (51), insbesondere Pellets und/oder Hackgut, aufweisend:ein Kesselgehäuse (2),eine Brennkammer (3),eine Festbrennstoff-Fördereinrichtung (4) zur Beschickung der Brennkammer (3) mit dem Biomasse-Festbrennstoff (51), wobei die Festbrennstoff-Fördereinrichtung (4) einen Förderkanal (5) und eine Fördereinheit (6) zur Förderung des Biomasse-Festbrennstoffes (51) innerhalb des Förderkanals (5) aufweist,eine Verbrennungsluft-Zufuhreinrichtung (15) innerhalb des Kesselgehäuses (2) zur Verteilung und Zuführung von Verbrennungsluft V, insbesondere von Primär- (VP) und/oder Sekundär-(VS) und/oder Tertiärluft (VT), in die Brennkammer 3 undeine Ansaugöffnung (24) für die Verbrennungsluft (V),wobei die Ansaugöffnung (24) an der Festbrennstoff-Fördereinrichtung (15) vorgesehen ist und ein Verbrennungsluft-Strömungspfad (25) für die Verbrennungsluft (V) von der Ansaugöffnung (24) zu dem Förderkanal (5) und weiter in die Verbrennungsluft-Zufuhreinrichtung (15) führt, wobei der Verbrennungsluft-Strömungspfad (25) zumindest abschnittsweise an dem Förderkanal (5) geführt ist.Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Biomasse-Heizkessels (1).The invention relates to a biomass heating boiler (1) for a biomass solid fuel (51), in particular pellets and/or wood chips, comprising: a boiler housing (2), a combustion chamber (3), a solid fuel conveying device (4) for feeding the combustion chamber (3) with the biomass solid fuel (51), wherein the solid fuel conveying device (4) has a conveying channel (5) and a conveying unit (6) for conveying the biomass solid fuel (51) within the conveying channel (5), a combustion air supply device (15) within the boiler housing (2) for distributing and supplying combustion air V, in particular primary (VP) and/or secondary (VS) and/or tertiary air (VT), into the combustion chamber 3 and an intake opening (24) for the combustion air (V), wherein the intake opening (24) is provided on the solid fuel conveying device (15) and a Combustion air flow path (25) for the combustion air (V) leads from the intake opening (24) to the conveying channel (5) and further into the combustion air supply device (15), wherein the combustion air flow path (25) is guided at least in sections along the conveying channel (5).The invention further relates to a method for operating a biomass boiler (1).
Description
Die Erfindung betrifft einen Biomasse-Heizkessel für einen Biomasse-Festbrennstoff, insbesondere Pellets und/oder Hackgut, aufweisend:
- ein Kesselgehäuse,
- eine Brennkammer,
- eine Festbrennstoff-Fördereinrichtung zur Beschickung der Brennkammer mit dem Biomasse-Festbrennstoff, wobei die Festbrennstoff-Fördereinrichtung einen Förderkanal und eine Fördereinheit zur Förderung des Biomasse-Festbrennstoffes innerhalb des Förderkanals aufweist,
- eine Verbrennungsluft-Zufuhreinrichtung innerhalb des Kesselgehäuses zur Verteilung und Zuführung von Verbrennungsluft, insbesondere von Primär- und/oder Sekundär- und/oder Tertiärluft, in die Brennkammer und
- eine Ansaugöffnung für Verbrennungsluft.
- a boiler housing,
- a combustion chamber,
- a solid fuel conveying device for feeding the combustion chamber with the biomass solid fuel, wherein the solid fuel conveying device has a conveying channel and a conveying unit for conveying the biomass solid fuel within the conveying channel,
- a combustion air supply device within the boiler housing for distributing and supplying combustion air, in particular primary and/or secondary and/or tertiary air, into the combustion chamber and
- an intake opening for combustion air.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Biomasse-Heizkessels.Furthermore, the invention relates to a method for operating a biomass boiler.
Biomasse-Heizkessel werden zur Wärmeerzeugung eingesetzt. Ein Beispiel für einen solchen Biomasse-Heizkessel ist in
Bei bekannten Biomasse-Heizkesseln besteht der Nachteil, dass die hohen Temperaturen in der Brennkammer Schäden an der Festbrennstoff-Fördereinrichtung verursachen können. Dies ist insbesondere in Phasen der Fall, wenn kein neuer Biomasse-Festbrennstoff niedrigerer Temperatur nachgefördert wird.The disadvantage of conventional biomass boilers is that the high temperatures in the combustion chamber can cause damage to the solid fuel feed system. This is particularly the case during periods when no new, lower-temperature biomass solid fuel is being fed in.
Um Schäden durch hohe Temperaturen zu vermeiden, ist aus dem Stand der Technik bekannt, jene Teile der Festbrennstoff-Fördereinrichtung von Biomasse-Heizkesseln, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind, mittels Wasser zu kühlen. Diese Technik hat jedoch den Nachteil, dass sie sehr aufwendig ist.To prevent damage caused by high temperatures, it is known from the state of the art to use water to cool those parts of the solid fuel conveying system of biomass boilers that are exposed to high temperatures. However, this technique has the disadvantage of being very complex.
Auch wenn moderne Biomasse-Heizkessel bereits hohe Wirkungsgrade erzielen, ist es zudem stets ein Anliegen von Entwicklungsingenieuren, den Wirkungsgrad von Biomasse-Heizkesseln noch weiter zu verbessern.Even though modern biomass boilers already achieve high levels of efficiency, development engineers are always keen to further improve the efficiency of biomass boilers.
Aus der
Im Lichte dieser Ausführungen ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu lindern oder gar gänzlich zu beseitigen. Vorzugsweise ist es Aufgabe der Erfindung, die Lebensdauer der Teile, insbesondere der Festbrennstoff-Fördereinrichtung, eines Biomasse-Heizkessels der eingangs erwähnten Art zu erhöhen und gleichzeitig den Wirkungsgrad zu verbessern.In light of these statements, the object of the present invention is to at least partially mitigate or even completely eliminate the disadvantages of the prior art. Preferably, the object of the invention is to increase the service life of the components, in particular the solid fuel conveying device, of a biomass boiler of the type mentioned above, while simultaneously improving the efficiency.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Biomasse-Heizkessel nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Betreiben eines Biomasse-Heizkessels nach Anspruch 14.This object is achieved by a biomass boiler according to
Erfindungsgemäß ist bei einem Biomasse-Heizkessel der eingangs erwähnten Art vorgesehen, dass die Ansaugöffnung an der Festbrennstoff-Fördereinrichtung vorgesehen ist und ein Verbrennungsluft-Strömungspfad für die Verbrennungsluft von der Ansaugöffnung zu dem Förderkanal und weiter in die Verbrennungsluft-Zufuhreinrichtung führt, wobei der Verbrennungsluft-Strömungspfad zumindest abschnittsweise an dem Förderkanal geführt ist. Vorteilhafterweise wird durch den erfindungsgemäßen Verbrennungsluft-Strömungspfad die Verbrennungsluft über eine längere Zeit an den heißen Teilen des Biomasse-Heizkessels erwärmt, bevor sie in die Brennkammer eintritt, wodurch der Wirkungsgrad des Biomasse-Heizkessels im Vergleich zum Stand der Technik erhöht wird. Durch das zumindest abschnittsweise Führen des Verbrennungsluft-Strömungspfad an dem Förderkanal wird die Festbrennstoff-Fördereinrichtung, insbesondere der Förderkanal, vorteilhafterweise gekühlt. Darüber hinaus kann durch den erfindungsgemäßen Verbrennungsluft-Strömungspfad der Förderkanal besser vor der Hitze der Brennkammer geschützt werden, da die Verbrennungsluft nicht direkt, sondern über die Verbrennungsluft-Zufuhreinrichtung in die Brennkammer geleitet wird. Die Verbrennungsluft-Zufuhreinrichtung ist zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, innerhalb des Kesselgehäuses angeordnet und dazu eingerichtet, die Verbrennungsluft an zumindest eine, vorzugsweise mehrere, Einlassöffnung/en zu leiten, durch welche die Verbrennungsluft in die Brennkammer geführt wird. Die Verbrennungsluft-Zufuhreinrichtung kann einen Hohlraum zwischen zwei Wänden des Kesselgehäuses aufweisen. Dieser Hohlraum kann auch als Heizkessel-Luftmantel bezeichnet werden. Der Hohlraum kann beispielsweise durch Rohre und/oder Leitbleche gebildet oder begrenzt sein. Die Verbrennungsluft-Zufuhreinrichtung kann sich zumindest teilweise um die Brennkammer erstrecken. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die Verbrennungsluft-Zufuhreinrichtung dazu ausgebildet, Primär- und/oder Sekundär- und/oder Tertiärluft in die Brennkammer zu führen. Zu diesem Zweck können unten noch näher zu beschreibende Primär-, Sekundär- bzw. Tertiär-Einlassöffnungen, insbesondere an einer der Brennkammer zugewandten Wand des Kesselgehäuses, vorgesehen sein. Die Ansaugöffnung kann durch ein Gitter abgedeckt sein. Wenn mithilfe der Verbrennungsluft-Zufuhreinrichtung Primär- und/oder Sekundär- und/oder Tertiärluft in die Brennkammer geleitet wird, kann es sich bei der Ansaugöffnung vorzugsweise um eine gemeinsame Ansaugöffnung für Primär- und/oder Sekundär- und/oder Tertiärluft handeln. Es können auch mehrere Ansaugöffnungen bzw. gemeinsame Ansaugöffnungen vorgesehen sein. Die Umgebungsluft wird im Betrieb des Biomasse-Heizkessels über die Ansaugöffnung/en aus der Umgebung des Biomasse-Heizkessels angesaugt und anschließend als Verbrennungsluft entlang des Verbrennungsluft-Strömungspfads bis in die Brennkammer geleitet. Zunächst gelangt die Verbrennungsluft dabei entlang des Verbrennungsluft-Strömungspfads von der Ansaugöffnung zu dem Förderkanal der Festbrennstoff-Fördereinrichtung, wodurch dieser gekühlt wird und das Risiko von Beschädigungen des Förderkanals verringert wird. Die Verbrennungsluft wird dabei vorteilhafterweise erwärmt, was den Wirkungsgrad des Biomasse-Heizkessels erhöht. Der Verbrennungsluft-Strömungspfad verläuft vorzugsweise an einer, vorzugsweise aus Metall gefertigten, Außenwandung des Förderkanals, an dessen Innenseite die Fördereinheit angeordnet ist. Die entlang des Verbrennungsluft-Strömungspfads vorbeiströmende Verbrennungsluft ist somit in Kontakt mit der Außenwandung des Förderkanals. Der Verbrennungsluft-Strömungspfad wird bevorzugt zumindest einmal quer zur Längsachse des Förderkanals an diesem geführt. "Quer zur Längsachse" bedeutet in diesem Zusammenhang eine Richtung, die einen Winkel ungleich 0° zur Längsachse einschließt. Vorzugsweise beträgt der Winkel zwischen der Richtung des Strömungspfads und der Längsachse des Förderkanals zumindest 45°, vorzugsweise zumindest 70° oder zumindest 80°, ganz besonders bevorzugt im Wesentlichen 90°. Nachdem die Verbrennungsluft zumindest abschnittsweise an dem Förderkanal geführt wurde, sodass der Förderkanal durch die angesaugte Verbrennungsluft gekühlt wird, gelangt diese entlang des Verbrennungsluft-Strömungspfads in die Verbrennungsluft-Zufuhreinrichtung, wo sie weiter erwärmt und anschließend in die Brennkammer geführt wird. Innerhalb des Förderkanals, der vorzugsweise als Rohr mit einem beispielsweise runden oder n-eckigen Querschnitt ausgebildet ist, befindet sich die Fördereinheit zur Förderung des Biomasse-Festbrennstoffes. Der Förderkanal kann als Stoker-Kanal ausgebildet sein. Die Fördereinheit ist vorzugsweise als Förderschnecke ausgebildet. Die Fördereinheit fördert den Biomasse-Festbrennstoff von einem Lagerbereich in die Brennkammer. Zu diesem Zweck durchdringt der Förderkanal das Kesselgehäuse durch eine Durchgangsöffnung. Der Biomasse-Heizkessel kann beispielsweise eine Heizleistung zwischen 20 kW und 2000 kW aufweisen.According to the invention, in a biomass boiler of the type mentioned at the outset, the intake opening is provided on the solid fuel conveying device and a combustion air flow path for the combustion air from the intake opening to the conveying channel and further into the combustion air supply device leads, wherein the combustion air flow path is guided at least in sections along the conveying duct. Advantageously, the combustion air flow path according to the invention heats the combustion air over a longer period of time at the hot parts of the biomass boiler before it enters the combustion chamber, thereby increasing the efficiency of the biomass boiler compared to the prior art. By guiding the combustion air flow path at least in sections along the conveying duct, the solid fuel conveying device, in particular the conveying duct, is advantageously cooled. Furthermore, the combustion air flow path according to the invention can better protect the conveying duct from the heat of the combustion chamber, since the combustion air is not guided directly into the combustion chamber, but via the combustion air supply device. The combustion air supply device is arranged at least partially, preferably completely, within the boiler housing and is designed to direct the combustion air to at least one, preferably several, inlet opening(s) through which the combustion air is guided into the combustion chamber. The combustion air supply device can have a cavity between two walls of the boiler housing. This cavity can also be referred to as a boiler air jacket. The cavity can be formed or delimited, for example, by pipes and/or baffles. The combustion air supply device can extend at least partially around the combustion chamber. In one embodiment of the invention, the combustion air supply device is designed to guide primary and/or secondary and/or tertiary air into the combustion chamber. For this purpose, primary, secondary or tertiary inlet openings, to be described in more detail below, can be provided, in particular on a wall of the boiler housing facing the combustion chamber. The intake opening can be covered by a grille. If primary and/or secondary and/or tertiary air is fed into the combustion chamber using the combustion air supply device, the intake opening can preferably be a common intake opening for primary and/or secondary and/or tertiary air. Multiple intake openings or shared intake openings can also be provided. During operation of the biomass boiler, the ambient air is sucked in from the surroundings of the biomass boiler via the intake opening(s) and then guided as combustion air along the combustion air flow path into the combustion chamber. First, the combustion air travels along the combustion air flow path from the intake opening to the conveying channel of the solid fuel conveying device, thereby cooling it and reducing the risk of damage to the conveying channel. The combustion air is advantageously heated, which increases the efficiency of the biomass boiler. The combustion air flow path preferably runs along an outer wall of the conveying channel, preferably made of metal, on the inside of which the conveying unit is arranged. The combustion air flowing along the combustion air flow path is thus in contact with the outer wall of the conveying channel. The combustion air flow path is preferably guided at least once along the conveying channel transversely to the longitudinal axis of the conveying channel. "Transverse to the longitudinal axis" in this context means a direction that encloses an angle other than 0° to the longitudinal axis. The angle between the direction of the flow path and the longitudinal axis of the conveying channel is preferably at least 45°, preferably at least 70° or at least 80°, and most preferably substantially 90°. After the combustion air has been guided at least partially along the conveying channel, so that the conveying channel is cooled by the drawn-in combustion air, it flows along the combustion air flow path into the combustion air supply device, where it is further heated and then guided into the combustion chamber. The conveying unit for conveying the biomass solid fuel is located within the conveying channel, which is preferably designed as a tube with, for example, a round or n-shaped cross-section. The conveying channel can be designed as a stoker channel. The conveying unit is preferably designed as a screw conveyor. The conveyor unit conveys the biomass solid fuel from a storage area into the combustion chamber. For this purpose, the conveyor channel penetrates the boiler casing. through a through opening. The biomass boiler, for example, can have a heating output between 20 kW and 2000 kW.
Richtungsangaben und Orientierungen beziehen sich in dieser Offenbarung auf den bestimmungsgemäßen Gebrauchszustand eines Biomasse-Heizkessels. "Nach unten" bedeutet in diesem Zusammenhang beispielsweise in Richtung der Erdbeschleunigung.In this disclosure, directions and orientations refer to the intended use of a biomass boiler. "Downward" in this context means, for example, in the direction of gravitational acceleration.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die Ansaugöffnung an einer Unterseite des Förderkanals vorgesehen. Die Ansaugöffnung ist dabei vorzugsweise zumindest abschnittsweise nach unten gerichtet. Alternativ ist es auch möglich, die Ansaugöffnung an einer Oberseite des Förderkanals anzuordnen, wobei sie vorzugsweise nach oben gerichtet ist. Eine vorzugsweise nach unten gerichtete Ansaugöffnung hat jedoch den Vorteil, dass die bereits erwärmte und daher aufsteigende Umgebungsluft leichter angesaugt werden kann und das Innere des Biomasse-Heizkessels besser vor Verunreinigungen geschützt wird.In one embodiment of the invention, the intake opening is provided on an underside of the conveying channel. The intake opening is preferably directed downwards, at least in sections. Alternatively, it is also possible to arrange the intake opening on an upper side of the conveying channel, preferably directed upwards. However, a preferably downward-facing intake opening has the advantage that the already heated and therefore rising ambient air can be more easily drawn in, and the interior of the biomass boiler is better protected from contamination.
Eine besonders vorteilhafte Möglichkeit, die Verbrennungsluft zumindest abschnittsweise an dem Förderkanal zu führen, ergibt sich, wenn ein Außenmantel an dem, vorzugsweise um den, Förderkanal angeordnet ist, innerhalb welchem der Verbrennungsluft-Strömungspfad geführt wird. Der Außenmantel kann den Förderkanal insbesondere nur in einem begrenzten Längsabschnitt des Förderkanals umfangseitig vorzugsweise vollständig umgeben. Der Außenmantel kann die Ansaugöffnung/en aufweisen. Der Außenmantel kann aus Metall bestehen. Der Außenmantel kann an dem Kesselgehäuse und/oder an dem Förderkanal befestigt sein. Der Außenmantel kann zumindest teilweise in das Kesselgehäuse aufgenommen sein. Damit Umgebungsluft in diesem Fall zu der Ansaugöffnung gelangen kann, kann das Kesselgehäuse zumindest eine Lüftungsöffnung aufweisen. Der Verbrennungsluft-Strömungspfad ist vorzugsweise zwischen einer Innenwandung des Außenmantels und einer Außenwandung des Förderkanals ausgebildet. Die Innenwandung des Außenmantels ist zu diesem Zweck von der Außenwandung des Förderkanals radial nach außen gesehen beabstandet, vorzugsweise zwischen 30 mm und 120 mm, insbesondere zwischen 45 mm und 95 mm, beabstandet. Der Verbrennungsluft-Strömungspfad kann bei einer Ausführungsform der Erfindung auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Förderkanals, vorzugsweise zwischen einer Unterseite und einer Oberseite des Förderkanals, verlaufen. Alternativ kann der Verbrennungsluft-Strömungspfad nur in eine Richtung um den Förderkanal, vorzugsweise vollständig um den Förderkanal, verlaufen.A particularly advantageous possibility for guiding the combustion air at least in sections along the conveying channel is provided if an outer casing is arranged on, preferably around, the conveying channel, within which the combustion air flow path is guided. The outer casing can preferably completely surround the conveying channel circumferentially, in particular only in a limited longitudinal section of the conveying channel. The outer casing can have the intake opening(s). The outer casing can be made of metal. The outer casing can be fastened to the boiler housing and/or to the conveying channel. The outer casing can be at least partially accommodated in the boiler housing. So that ambient air can reach the intake opening in this case, the boiler housing can have at least one ventilation opening. The combustion air flow path is preferably formed between an inner wall of the outer casing and an outer wall of the conveying channel. For this purpose, the inner wall of the outer casing is spaced radially outwards from the outer wall of the conveying channel, preferably between 30 mm and 120 mm, in particular between 45 mm and 95 mm. In one embodiment of the invention, the combustion air flow path can run on two opposite sides of the conveying channel, preferably between a bottom and a top side of the conveying channel. Alternatively, the combustion air flow path can run in only one direction around the conveying channel, preferably completely around the conveying channel.
Bevorzugt ist, wenn das Kesselgehäuse eine Eintrittsöffnung für Verbrennungsluft besitzt und der Außenmantel im Bereich der Eintrittsöffnung angeordnet, insbesondere an das Kesselgehäuse angeflanscht, ist. Auf diese Weise kann der Außenmantel die Verbrennungsluft in das Kesselgehäuse und damit in die Verbrennungsluft-Zufuhreinrichtung führen. Die Eintrittsöffnung kann durch eine oder mehrere Ausnehmungen an einer Außenwand des Kesselgehäuses gebildet sein.It is preferred if the boiler housing has an inlet opening for combustion air and the outer casing is arranged in the region of the inlet opening, in particular flanged to the boiler housing. In this way, the outer casing can guide the combustion air into the boiler housing and thus into the combustion air supply device. The inlet opening can be formed by one or more recesses on an outer wall of the boiler housing.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Verbrennungsluft-Strömungspfad von einer Unterseite des Förderkanals zu einer Oberseite des Förderkanals führt. Vorzugsweise wird der Verbrennungsluft-Strömungspfad innerhalb des Außenmantels von der Unterseite zu der Oberseite geführt.In one embodiment of the invention, the combustion air flow path leads from a bottom side of the conveying channel to a top side of the conveying channel. Preferably, the combustion air flow path is guided within the outer casing from the bottom side to the top side.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Verbrennungsluft-Strömungspfad von einer Oberseite des Förderkanals zu einer Unterseite des Förderkanals führt. Vorzugsweise wird der Verbrennungsluft-Strömungspfad innerhalb des Außenmantels von der Oberseite zu der Unterseite geführt.In one embodiment of the invention, the combustion air flow path leads from an upper side of the conveying channel to a lower side of the conveying channel. Preferably, the combustion air flow path is guided within the outer casing from the upper side to the lower side.
Der Verbrennungsluft-Strömungspfad kann zunächst von einer Unterseite zu einer Oberseite des Förderkanals und anschließend über eine Umlenkeinrichtung wieder zu der Unterseite des Förderkanals geführt werden. Bei einer alternativen Ausführungsform kann auch die umgekehrte Variante umgesetzt sein, sodass der Verbrennungsluft-Strömungspfad zunächst von einer Oberseite zu einer Unterseite des Förderkanals und anschließend über eine Umlenkeinrichtung wieder zu der Oberseite des Förderkanals geführt werden kann. Durch mehrere Umlenkeinrichtungen kann der Verbrennungsluft-Strömungspfad auch mehrmals zwischen einer Unterseite und einer Oberseite des Förderkanals geführt werden. Durch das Führen der Verbrennungsluft von der Unterseite bzw. Oberseite zur Oberseite bzw. Unterseite wird der Förderkanal gekühlt und die Verbrennungsluft erwärmt. Bevorzugt ist, wenn der Strömungspfad innerhalb des Außenmantels zwischen der Unterseite und der Oberseite geführt wird. Der Außenmantel kann zu diesem Zweck auch, wie beschrieben, eine Umlenkeinrichtung und/oder entsprechende Leitbleche aufweisen.The combustion air flow path can initially be guided from a bottom side to a top side of the conveying channel and then via a deflection device back to the bottom side of the conveying channel. In an alternative embodiment, the reverse variant can also be implemented, so that the combustion air flow path is initially guided from a top side to a bottom side of the conveying channel and then via a deflection device back to the top side of the conveying channel. By means of a plurality of deflection devices, the combustion air flow path can also be guided several times between a bottom and a top side of the conveying channel. By guiding the combustion air from the bottom or top side to the top or bottom side, the conveying channel is cooled and the combustion air is heated. It is preferred if the flow path is guided within the outer casing between the bottom and the top side. For this purpose, the outer casing can also have a deflection device and/or corresponding guide plates, as described.
Eine konstruktiv besonders vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich, wenn der Verbrennungsluft-Strömungspfad an der Unterseite des Förderkanals in die Verbrennungsluft-Zufuhreinrichtung mündet.A particularly advantageous design is achieved when the combustion air flow path opens into the combustion air supply device at the bottom of the conveying channel.
Um die Verbrennungsluft in die Brennkammer zu fördern, ist es günstig, wenn ein Gebläse, insbesondere ein Sauggebläse, zum Fördern der Verbrennungsluft vorgesehen ist. Vorzugsweise ist das Sauggebläse gasströmungstechnisch nach dem Wärmetauscher angeordnet. Insbesondere kann das Gebläse an einem Abgasaustritt des Biomasse-Heizkessels angeordnet sein. Es kann auch ein Gebläse an der Ansaugöffnung für Verbrennungsluft vorgesehen sein, um Verbrennungsluft in den Verbrennungsluft-Strömungspfad zu fördern.To convey the combustion air into the combustion chamber, it is advantageous to provide a fan, particularly a suction fan, for conveying the combustion air. The suction fan is preferably arranged downstream of the heat exchanger in terms of gas flow. In particular, the fan can be arranged at an exhaust gas outlet of the biomass boiler. A fan can also be provided at the combustion air intake opening to convey combustion air into the combustion air flow path.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verbrennungsluft-Zufuhreinrichtung innerhalb des Kesselgehäuses zumindest teilweise um die Brennkammer angeordnet ist. Dadurch kann die Verbrennungsluft an verschiedenen Stellen in die Brennkammer eingeführt werden.In one embodiment of the invention, the combustion air supply device is arranged within the boiler housing at least partially around the combustion chamber. This allows the combustion air to be introduced into the combustion chamber at various points.
Günstig ist, wenn die Verbrennungsluft-Zufuhreinrichtung dazu eingerichtet ist, die Verbrennungsluft an eine oder mehrere Einlassöffnungen in die Brennkammer zu verteilen. Die eine oder mehreren Einlassöffnungen können an einer der Brennkammer zugewandten Wand des Kesselgehäuses angeordnet sein.It is advantageous if the combustion air supply device is configured to distribute the combustion air to one or more inlet openings in the combustion chamber. The one or more inlet openings can be arranged on a wall of the boiler housing facing the combustion chamber.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann die Verbrennungsluft-Zufuhreinrichtung zumindest eine Primärluft-Einlassöffnung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, die Verbrennungsluft vorzugsweise direkt in eine Primärverbrennungszone der Brennkammer einzuleiten, wobei die zumindest eine Primärluft-Einlassöffnung vorzugsweise unterhalb eines Feuerungsrostes in der Brennkammer angeordnet ist. In der Primärverbrennungszone findet im Betrieb des Biomasse-Heizkessels eine unmittelbare Verbrennung des Biomasse-Festbrennstoffes insbesondere auf dem Feuerungsrost statt. Die zumindest eine Primärluft-Einlassöffnung kann an einer der Brennkammer zugewandten Wandung des Kesselgehäuses angeordnet sein. Die zumindest eine Primärluft-Einlassöffnung kann eine steuer- und/oder regelbare Luftklappe aufweisen, um die Menge an in die Brennkammer eingeführte Primärluft zu regeln und/oder zu steuern.In one embodiment of the invention, the combustion air supply device can have at least one primary air inlet opening, which is designed to introduce the combustion air preferably directly into a primary combustion zone of the combustion chamber, wherein the at least one primary air inlet opening is preferably arranged below a firing grate in the combustion chamber. In the primary combustion zone, during operation of the biomass boiler, direct combustion of the solid biomass fuel takes place, in particular on the firing grate. The at least one primary air inlet opening can be arranged on a wall of the boiler housing facing the combustion chamber. The at least one primary air inlet opening can have a controllable and/or adjustable air damper in order to regulate and/or control the amount of primary air introduced into the combustion chamber.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann die Verbrennungsluft-Zufuhreinrichtung zumindest eine Sekundärluft-Einlassöffnung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, die Verbrennungsluft vorzugsweise direkt in eine Sekundärverbrennungszone der Brennkammer einzuleiten, wobei die zumindest eine Sekundärluft-Einlassöffnung vorzugsweise oberhalb eines Feuerungsrostes in der Brennkammer angeordnet ist. Die von der zumindest einen Sekundärluft-Einlassöffnung eingeleitete Verbrennungsluft kann auch als Sekundärluft bezeichnet werden. Die zumindest Sekundärluft-Einlassöffnung kann an einer der Brennkammer zugewandten Wandung des Kesselgehäuses angeordnet sein. In der Sekundärverbrennungszone findet im Betrieb des Biomasse-Heizkessels eine Nachverbrennung der entstandenen Rauchgase statt. Die Sekundärverbrennungszone ist gasströmungstechnisch nach der Primärverbrennungszone angeordnet. Vorzugsweise ist die Sekundärverbrennungszone oberhalb der Primärverbrennungszone angeordnet. Bei einer alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass Umgebungsluft durch eine weitere Ansaugöffnung angesaugt wird und die von der weiteren Ansaugöffnung angesaugte Umgebungsluft über die zumindest eine Sekundärluft-Einlassöffnung als Verbrennungsluft Sekundärluft in den Brennraum gelangt. In diesem Fall ist die zumindest eine Sekundärluft-Einlassöffnung kein Teil der Verbrennungsluft-Zufuhreinrichtung, sondern erhält Verbrennungsluft ausschließlich über die weitere Ansaugöffnung, welche von der Ansaugöffnung unabhängig ist. Die zumindest eine Sekundärluft-Einlassöffnung kann eine steuer- und/oder regelbare Luftklappe aufweisen, um die Menge an in die Brennkammer eingeführte Sekundärluft zu regeln und/oder zu steuern.In one embodiment of the invention, the combustion air supply device can have at least one secondary air inlet opening, which is designed to introduce the combustion air preferably directly into a secondary combustion zone of the combustion chamber, wherein the at least one secondary air inlet opening is preferably arranged above a firing grate in the combustion chamber. The combustion air introduced by the at least one secondary air inlet opening can also be referred to as secondary air. The at least one secondary air inlet opening can be arranged on a wall of the boiler housing facing the combustion chamber. In the secondary combustion zone, afterburning of the flue gases produced takes place during operation of the biomass boiler. In terms of gas flow, the secondary combustion zone is arranged downstream of the primary combustion zone. The secondary combustion zone is preferably arranged above the primary combustion zone. In an alternative embodiment, it can be provided that ambient air is sucked in through a further intake opening and the ambient air sucked in by the further intake opening enters the combustion chamber as combustion air via the at least one secondary air inlet opening. In this case, the at least A secondary air inlet opening is not part of the combustion air supply device, but receives combustion air exclusively via the additional intake opening, which is independent of the intake opening. The at least one secondary air inlet opening can have a controllable and/or adjustable air flap to regulate and/or control the amount of secondary air introduced into the combustion chamber.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann die Verbrennungsluft-Zufuhreinrichtung zumindest eine Tertiärluft-Einlassöffnung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, die Verbrennungsluft vorzugsweise direkt in eine Tertiärverbrennungszone der Brennkammer einzuleiten, wobei die zumindest eine Tertiärluft-Einlassöffnung vorzugsweise oberhalb eines Feuerungsrostes in der Brennkammer angeordnet ist. Die von der zumindest einen Tertiärluft-Einlassöffnung eingeleitete Verbrennungsluft kann auch als Tertiärluft bezeichnet werden. Die Tertiärverbrennungszone kann auch als Ausbrandzone bezeichnet werden und dient zur weiteren Nachverbrennung der Verbrennungsgase. Die zumindest eine Tertiärluft-Einlassöffnung kann an einer der Brennkammer zugewandten Wandung des Kesselgehäuses angeordnet sein. Die Tertiärverbrennungszone schließt strömungstechnisch an die Sekundärverbrennungszone an und befindet sich vorzugsweise oberhalb des Feuerungsrostes. Bei einer alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass Umgebungsluft durch eine weitere Ansaugöffnung angesaugt wird und die von der weiteren Ansaugöffnung angesaugte Umgebungsluft über die zumindest eine Tertiärluft-Einlassöffnung als Tertiärluft in den Brennraum gelangt. In diesem Fall ist die zumindest eine Tertiärluft-Einlassöffnung kein Teil der Verbrennungsluft-Zufuhreinrichtung, sondern erhält Verbrennungsluft ausschließlich über die weitere Ansaugöffnung, welche von der Ansaugöffnung unabhängig ist. Die zumindest eine Tertiärluft-Einlassöffnung kann steuer- und/oder eine regelbare Luftklappe aufweisen, um die Menge an in die Brennkammer eingeführte Tertiärluft zu regeln und/oder zu steuern.In one embodiment of the invention, the combustion air supply device can have at least one tertiary air inlet opening, which is designed to introduce the combustion air preferably directly into a tertiary combustion zone of the combustion chamber, wherein the at least one tertiary air inlet opening is preferably arranged above a firing grate in the combustion chamber. The combustion air introduced by the at least one tertiary air inlet opening can also be referred to as tertiary air. The tertiary combustion zone can also be referred to as a burnout zone and serves for the further afterburning of the combustion gases. The at least one tertiary air inlet opening can be arranged on a wall of the boiler housing facing the combustion chamber. The tertiary combustion zone is fluidically connected to the secondary combustion zone and is preferably located above the firing grate. In an alternative embodiment, it can be provided that ambient air is sucked in through a further intake opening, and the ambient air sucked in by the further intake opening enters the combustion chamber as tertiary air via the at least one tertiary air inlet opening. In this case, the at least one tertiary air inlet opening is not part of the combustion air supply device, but receives combustion air exclusively via the further intake opening, which is independent of the intake opening. The at least one tertiary air inlet opening can have a controllable and/or adjustable air flap in order to regulate and/or control the amount of tertiary air introduced into the combustion chamber.
Die oben gestellte Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Betreiben eines Biomasse-Heizkessel der beschriebenen Art gelöst. Bei dem Verfahren wird die Verbrennungsluft zu deren Vorwärmung und/oder zur Kühlung des Förderkanals durch den Verbrennungsluft-Strömungspfad geführt. Die Vorteile und Effekte, wie sie oben in Zusammenhang mit dem Biomasse-Heizkessel beschrieben werden, sind auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragbar.The above-mentioned problem is also solved by a method for operating a biomass boiler of the type described. In this method, the combustion air is guided through the combustion air flow path for preheating and/or cooling the conveying channel. The advantages and effects described above in connection with the biomass boiler are transferable to the method according to the invention.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren näher beschrieben, auf die sie allerdings nicht beschränkt sein soll. Es zeigen:
Es zeigen:
-
Fig. 1 eine Schrägansicht auf einen Biomasse-Heizkessel mit einer Festbrennstoff-Fördereinrichtung; -
Fig. 2 einen Querschnitt eines Biomasse-Heizkessels mit einer Festbrennstoff-Fördereinrichtung; -
Fig. 3 eine Schrägansicht auf einen Biomasse-Heizkessel mit einer Festbrennstoff-Fördereinrichtung in aufgeschnittener Darstellung; und -
Fig. 4 eine aufgeschnittene Darstellung eines Biomasse-Heizkessels.
They show:
-
Fig. 1 an oblique view of a biomass boiler with a solid fuel conveying device; -
Fig. 2 a cross-section of a biomass boiler with a solid fuel conveying device; -
Fig. 3 an oblique view of a biomass boiler with a solid fuel conveyor in a cutaway view; and -
Fig. 4 a cutaway view of a biomass boiler.
Um Verbrennungsluft V in die Brennkammer 3 zu leiten, weist der Biomasse-Heizkessel 1 eine Verbrennungsluft-Zufuhreinrichtung 15 innerhalb des Kesselgehäuses 2 zur Verteilung und Zuführung der Verbrennungsluft V auf. Um die Verbrennungsluft V anzusaugen, kann der Biomasse-Heizkessel 1 ein Sauggebläse 28 aufweisen (siehe
Aufgrund der hohen Temperaturen in der Brennkammer 3, die bis zu 1100 °C erreichen, können Teile des Biomasse-Heizkessels 1, die nicht durch Schamotte geschützt sind oder gekühlt werden, beschädigt werden. Insbesondere die Teile der Festbrennstoff-Fördereinrichtung 4, wie der Förderkanal 5 oder die Förderschnecke 7, können in Phasen, in denen kein neuer Biomasse-Festbrennstoff 51 nachgefördert wird, aufgrund der Hitze beschädigt werden.Due to the high temperatures in the
Um das Risiko von Schäden an der Festbrennstoff-Fördereinrichtung 4 zu verringern, ist bei der Erfindung vorgesehen, dass zumindest eine Ansaugöffnung 24 an der Festbrennstoff-Fördereinrichtung 4 vorgesehen ist und ein Verbrennungsluft-Strömungspfad 25 für die Verbrennungsluft V von der Ansaugöffnung 24 zu dem Förderkanal 5 und weiter in die Verbrennungsluft-Zufuhreinrichtung 15 führt. Der Verbrennungsluft-Strömungspfad 25 ist dabei zumindest abschnittsweise an dem Förderkanal 5 geführt.In order to reduce the risk of damage to the solid
In der gezeigten Darstellung gemäß
Der Verbrennungsluft-Strömungspfad 25 verläuft zunächst von den Ansaugöffnungen 24 an der Unterseite 27 des Förderkanals 5 entlang eines ersten Strömungspfadteils 33a des Außenmantels 26 zu einer Oberseite 32 des Förderkanals 5. An der Oberseite 32 weist der Außenmantel 26 eine Umlenkeinrichtung 34 auf, an welcher die Verbrennungsluft V umgelenkt wird und an welche ein zweiter Strömungspfadteil 33b anschließt, der von der Oberseite 32 wieder zu der Unterseite 27 des Förderkanals 5 führt. Eine Trennwand 35 des Außenmantels 26 trennt den ersten 33a vom zweiten Strömungspfadteil 33b. Die Trennwand 35 weist eine vorzugsweise im Wesentlichen horizontal ausgerichtete Öffnung 36 auf, durch welche die Verbrennungsluft V vom ersten Strömungspfadteil 33a in den zweiten Strömungspfadteil 33b gelangt. Strömungstechnisch fließt die Verbrennungsluft V in der gezeigten Darstellung im Betrieb des Biomasse-Heizkessels 1 daher von den Ansaugöffnungen 28 entlang des ersten Strömungspfadteils 33a nach oben, anschließend durch die Öffnung 36 in der Trennwand 35 und weiter entlang des zweiten Strömungspfadteils 33b nach unten. Der erste 33a und der zweite Strömungspfadteil 33b können jeweils an zwei gegenüberliegenden Seiten des Förderkanals 5 verlaufen (siehe
An der Unterseite 27 des Förderkanals 5 tritt die Verbrennungsluft V durch schlitzartige Eintrittsöffnungen 37 in die Verbrennungsluft-Zufuhreinrichtung 15 ein und kann, wie oben beschrieben, der Brennkammer 3 als Primärluft VP, Sekundärluft VS und/oder Tertiärluft VT zugeführt werden. Die Ansaugöffnungen 24 dienen in diesem Fall als gemeinsame Ansaugöffnungen 24 für Primärverbrennungsluft VP, Sekundärverbrennungsluft VS und/oder Tertiärverbrennungsluft VT. Alternativ kann, wie oben ebenfalls beschrieben, die Verbrennungsluft-Zufuhreinrichtung 15 nur Primärluft VP in die Brennkammer 3 einführen. Die Sekundärluft VS und die Tertiärluft VT können über zumindest eine weitere Ansaugöffnung (nicht gezeigt) im Kesselgehäuse 2 angesaugt werden, welche von den Ansaugöffnungen 24 unabhängig ist.At the
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2023
- 2023-09-14 EP EP23197432.0A patent/EP4524467A1/en active Pending
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