AT397848B - COMBUSTION SYSTEM FOR THE COMBUSTION OF SMALL-PIECE SOLID FUELS, IN PARTICULAR CHIPS - Google Patents
COMBUSTION SYSTEM FOR THE COMBUSTION OF SMALL-PIECE SOLID FUELS, IN PARTICULAR CHIPS Download PDFInfo
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Description
AT 397 848 BAT 397 848 B
Die Erfindung bezieht sich auf eine Feuerungsanlage zum Verbrennen von kleinstückigen Festbrennstoffen, insbesondere Hackschnitzel, mit einer einen Feuerraum und davon ausgehende Rauchgaszüge bildenden Brennkammer, einer Brennstoffbeschickungsvorrichtung und einer Luftversorgungseinrichtung, welche Beschickungsvorrichtung einen einen Austragsförderer aufnehmenden Vorratsbehälter und einen zwischen dem Vorratsbehälter und einem über einen Beschickungskanal an eine Eintragsöffnung des Feuerraumes angeschlossenen Beschickungsförderer verlaufenden Zufuhrkanal aufweist, wobei der Zufuhrkanal und der Beschickungsförderer samt seinem Beschickungskanal zu einem nach außen luftdicht abgeschlossenen Förderstrang zusammengebaut sind.The invention relates to a firing system for the combustion of small-sized solid fuels, in particular wood chips, with a combustion chamber forming a combustion chamber and flue gas flues emanating therefrom, a fuel charging device and an air supply device, which charging device has a storage container receiving a discharge conveyor and one between the storage container and one via a charging channel has a feed channel connected to an inlet opening of the combustion chamber, the feed channel and the feed conveyor together with its feed channel being assembled to form a conveyor line which is sealed off from the outside.
Bedingt durch den steigenden Energiebedarf einerseits und die wachsende Notwendigkeit der Umweltschonung anderseits, gewinnt die Forderung nach einer Optimierung der Verbrennungstechnik hinsichtlich Emission schädlicher Gase und Stäube und hinsichtlich des erreichbaren Wirkungsgrades zunehmend an Bedeutung. Dabei bereiten Festbrennstoffe im Gegensatz zu flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen wesentlich größere Schwierigkeiten, da sich bisher sowohl die Brennstoffbeschickung als auch die Verbrennungsluftzufuhr nur bedingt regeln und damit der Verbrennungsablauf beeinflussen lassen. Eine Zerkleinerung der Brennstoffe ermöglicht zwar, die Brennstoffeigenschaften der Festbrennstoffe an die der flüssigen und gasförmigen Brennstoffe anzunähern und die Dosierbarkeit des Brennstoffeintrages zu verbessern, doch können die bekannten Verbrennungsverfahren bezüglich der Verbrennungsoptimierung keinesfalls befriedigen.Due to the increasing energy requirement on the one hand and the growing need for environmental protection on the other hand, the demand for an optimization of the combustion technology with regard to emission of harmful gases and dusts and with regard to the achievable efficiency is becoming increasingly important. Solid fuels, in contrast to liquid or gaseous fuels, pose much greater difficulties, since so far both the fuel feed and the combustion air supply can only be regulated to a limited extent and the combustion process can thus be influenced. Comminution of the fuels makes it possible to bring the fuel properties of the solid fuels closer to those of the liquid and gaseous fuels and to improve the meterability of the fuel input, but the known combustion methods can in no way be satisfactory with regard to the optimization of combustion.
Kleinstückige und rieselfähige Festbrennstoffe sind darüber hinaus auch wegen der Sicherstellung der Brennstoffbeschikkung Voraussetzung für einen automatischen Betrieb einer Feuerungsanlage, wobei es grundsätzlich zwei verschiedene Verbrennungsverfahren, nämlich die Flugverbrennung und die Ein- oder Unterschubfeuerung gibt. Bei der Flugverbrennung werden die Brennstoffstückchen meist über ein Gebläse zusammen mit einer nicht näher definierbaren Förderluftmenge in den Feuerraum eingeblasen, so daß nicht nur die zuführbare Brennstoffmenge recht unbestimmt bleibt, sondern vor allem auch die teils mit dem Brennstoff und teils zusätzlich über eigene Zuluftleitungen zugeführte Verbrennungsluft in ihrer Gesamtheit nur in engen Mengenbereichen regelbar ist. Bei der Ein- oder Unterschubfeuerung wiederum wird der Brennstoff strangförmig in den Feuerraum eingeschoben und bildet einen von der Oberfläche her abbrennenden Brennstoffhaufen. Die seperat zugeführte Verbrennungsluft ließe sich hier zwar unabhängig von der Brennstoffzufuhr regeln, doch bleibt der Abbrand des einen Glutstock ergebenden Brennstoffhaufens praktisch unkontrollierbar und es kommt zu Schwelzonen mit unerwünschtem Nachbrennverhalten, so daß diese Art von Feuerung nur sehr träge auf eine Regelung reagiert und die für eine Optimierung erforderliche ständige Überwachung des Betriebszustandes unmöglich ist.Small-scale and free-flowing solid fuels are also a prerequisite for the automatic operation of a combustion system because of ensuring the fuel supply, whereby there are basically two different combustion processes, namely flight combustion and push-in or underfeed firing. During flight combustion, the fuel particles are usually blown into the combustion chamber together with a quantity of conveying air that cannot be defined, so that not only the quantity of fuel that can be supplied remains undetermined, but above all the combustion air that is partly supplied with the fuel and partly via its own supply air lines in its entirety can only be regulated in narrow quantity ranges. In the case of infeed or underfeed firing, in turn, the fuel is pushed into the firebox in the form of a strand and forms a pile of fuel that burns from the surface. The separately supplied combustion air could be regulated independently of the fuel supply, but the burn-up of the fuel pile resulting in an ember stick remains practically uncontrollable and there are smoldering zones with undesirable afterburning behavior, so that this type of firing reacts only very slowly to a regulation and that for it is impossible to optimize the constant monitoring of the operating status.
Zur Durchführung von Flugverbrennungsverfahren wurde gemäß der DE-OS 35 36 824 zwar bereits eine Wurf-Beschickungseinrichtung vorgeschlagen, bei der der gesamte Wurfapparat einschließlich der Zuteileinheit durch ein weitgehend luftdichtes Blechgehäuse gekapselt wird, doch läßt sich dabei nicht erkennen, wie das Eindringen von Falschluft verhindert werden soll, und es gibt auch keine Angaben über die eigentliche Verbrennungsluftzufuhr. Auch sind, wie die US-PSen 1 325 589, 2 001 152, 2 487 464 und 2 538 944 zeigen, bereits verschiedene Beschickungsvorrichtungen für Feuerungsanlagen mit um horizontale Drehachsen rotierenden Schleuderrädern bekannt, aber es fehlen auch hier genauere Hinweise über Luftführungs- und Verbrennungsverhältnisse.DE-OS 35 36 824 has already proposed a throwing feeder for carrying out flight combustion processes, in which the entire throwing apparatus, including the allotment unit, is encapsulated by a largely airtight sheet metal housing, but it cannot be seen how the ingress of false air is prevented should be, and there is no information about the actual combustion air supply. Also, as shown in US Pat. Nos. 1,325,589, 2,001,152, 2,487,464 and 2,538,944, various loading devices for combustion plants with centrifugal wheels rotating about horizontal axes of rotation are already known, but here too there are no more precise indications regarding air conduction and combustion conditions .
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu beseitigen und eine Feuerungsanlage der eingangs geschilderten Art anzugeben, die auf rationelle Weise eine echte Optimierung der Verbrennungstechnik auch bei Festbrennstoffen erlaubt.The invention is therefore based on the object of eliminating these deficiencies and of specifying a firing system of the type described at the outset which, in a rational manner, permits genuine optimization of the combustion technology even with solid fuels.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß der Förderstrang mit einer dem Beschickungsförderer vorgeordneten Zellenradschleuse od. dgl. ausgestattet ist und daß die Luftversorgungseinrichtung jeweils über unabhängig voneinander ansteuerbare Gebläse luftbeaufschlagbare, in den Feuerraum führende Zuluftleitungen für eine Primär-, Sekundär- und gegebenenfalls Tertiärluftbeaufschlagung umfaßt. Die Zellenradschleuse und der geschlossene Förderstrang gewährleisten, daß der Brennstoff unter Luftabschluß in den Feuerraum gefördert werden kann und erlauben durch die entsprechend regelbaren Antriebe für den Austragsförderer, die Zellenradschleuse und den Beschickungsförderer die gewünschte Dosierung der Eintragsmenge des Brennstoffes. Die jeweils separat regelbaren Gebläse wiederum ermöglichen es, den Verbrennungsvorgang gezielt zu beeinflussen und genau die für den jeweiligen Betriebszustand erforderliche Luftmenge in den Feuerraum bzw. die Rauchgaszüge einzublasen, so daß es zur angestrebten Durchmischung von Brennstoff und Verbrennungsluft und zu einer vollständigen Verbrennung kommt. Dabei lassen sich Brennstoff- und Luftzufuhr unabhängig voneinander regeln, wobei die Dosierung der Brennstoffmenge von der Verbrennungsleistung abhängt und, bedingt durch die Flugverbrennung, über weite Bereiche bis weit in den Teillastbetrieb hinein möglich ist. Die Verbrennungsluftzufuhr wiederum erfolgt in Abhängigkeit vom Verbrennungsvorgang, wozu entsprechende Meßgrößen, beispielsweise die Konzentra- 2The invention solves this problem in that the conveyor line is equipped with a cellular wheel sluice or the like arranged upstream of the loading conveyor and in that the air supply device in each case comprises air supply lines which can be acted upon by air and which can be controlled independently of one another and lead to the combustion chamber for primary, secondary and optionally tertiary air supply . The cellular wheel sluice and the closed conveyor line ensure that the fuel can be conveyed into the combustion chamber with the exclusion of air and allow the desired dosage of the amount of fuel input through the correspondingly controllable drives for the discharge conveyor, the cellular wheel sluice and the feed conveyor. The separately controllable blowers in turn make it possible to influence the combustion process in a targeted manner and to blow precisely the amount of air required for the respective operating state into the combustion chamber or the flue gas flues, so that the desired mixing of fuel and combustion air and complete combustion occur. The fuel and air supply can be regulated independently of one another, the metering of the fuel quantity depending on the combustion output and, due to the flight combustion, possible over a wide range and far into partial load operation. The combustion air supply is in turn dependent on the combustion process, for which purpose appropriate measured variables, for example the concentration 2
AT 397 848 B tion oxydierbarer Rauchgaskomponenten, die Regelung bestimmen. Entsprechend der geforderten Leistung kann so der Verbrennungsablauf in bezug auf den Ausbrand, die Abgastemperatur und die Schadstoffemissionen optimiert werden.AT 397 848 B tion of oxidizable flue gas components that determine the control. In this way, the combustion process can be optimized in terms of burnout, exhaust gas temperature and pollutant emissions in accordance with the required performance.
Um die Luftverhältnisse während der Verbrennung auch im Teillastbereich u. dgl. einwandfrei beeinflussen zu können, ist zur Ansteuerung der Gebläse eine Steuerungseinrichtung vorgesehen, die mit Meßfühlern für den Feuerraum und die Rauchgaszüge und mit In einem an die Rauchgaszüge anschließenden Meßrohr eingesetzten Meßfühlern für die Abgase in Verbindung steht, so daß stets kontrollierbare Strömungsverhältnisse im Feuerraum und den Rauchg'aszügen vorhanden sind und eine exakte Regelung des Verbrennungsvorganges möglich ist.To the air conditions during combustion also in the partial load range u. To be able to influence the like properly, a control device is provided for controlling the blowers, which is connected to sensors for the combustion chamber and the flue gas flues and with sensors for the exhaust gases used in a measuring tube connected to the flue gas flues, so that the flow conditions in the combustion chamber are always controllable and the flue gas passages are present and exact control of the combustion process is possible.
An und für sich könnte als Beschickungsförderer eine einfache Rutsche od. dgl. dienen, die den Brennstoff unter Luftabschluß in den Feuerraum gleiten läßt und durch das Abfallen des Brennstoffes eine Flugverbrennung ermöglicht. Besonders zweckmäßig ist es jedoch, wenn als Beschickungsförderer ein Schleuderrad vorgesehen ist, dessen Auswurfkanal den Beschickungskanal bildet, wobei das Schleuerrad eine vertikale Drehachse aufweist und aus einer mit Schleuderflügeln bestückten Scheibe besteht. Es ergibt sich eine robuste, leistungsstarke Konstruktion, die eine genaue Mengendosierung erlaubt und beim Brennstoffeintrag zu einer eine entsprechend gute Luftvermischung mit sich bringenden Streuwirkung führt.In and of itself, a simple slide or the like could serve as the feed conveyor, which allows the fuel to slide into the combustion chamber with the exclusion of air and enables flight combustion by dropping the fuel. It is particularly expedient, however, if a centrifugal wheel is provided as the feed conveyor, the ejection channel of which forms the feed channel, the centrifugal wheel having a vertical axis of rotation and consisting of a disk equipped with centrifugal vanes. The result is a robust, high-performance design that allows precise quantity metering and, when fuel is introduced, leads to a correspondingly good air mixture with a scattering effect.
Um eine besonders genaue Mengendosierung des Brennstoffes zu erreichen, kann der Zellenradschleuse im Förderstrang eine Verwiegestrecke nachgeordnet sein, so daß die eingetragene Brennstoffmenge tatsächlich erfaßt und dementsprechend die Antriebe von Austragsförderer, Zellenradschleuse und Beschik-kungsförderer angesteuert werden können.In order to achieve a particularly precise metering of the amount of fuel, a weighing section can be arranged downstream of the cellular wheel sluice in the conveyor line, so that the amount of fuel entered can actually be recorded and the drives of the discharge conveyor, cellular wheel sluice and loading conveyor can be controlled accordingly.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigen: Fig. 1 eine erfindungsgemäße Feuerungsanlage in einer Gesamtansicht, Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Brennkammer dieser Feuerungsaniage in größerem Maßstab und Fig. 3 und 4 den Beschickungsförderer in teilgeschnittener Seitenansicht bzw. im Horizontaischnitt ebenfalls im größeren Maßstab.The drawing illustrates the subject matter of the invention, for example: FIG. 1 shows an overall view of a firing system according to the invention, FIG. 2 shows a longitudinal section through the combustion chamber of this firing system on a larger scale, and FIGS. 3 and 4 show the loading conveyor in a partially sectioned side view and in Horizontal cut also on a larger scale.
Eine Feuerungsanlage 1 zum automatischen Verbrennen von kleinstückigen Festbrennstoffen, insbesondere Hackschnitzel, setzt sich aus der mit einem Heizkessel 2 kombinierten Brennkammer 3, einer Brennstoffbeschickungsvorrichtung 4 und einer Luftversorgungseinrichtung 5 zusammen. Die Brennkammer 3 bildet dabei einen Feuerraum 6 und davon ausgehende Rauchgaszüge 7 und ist an den Innenwänden mit einer Schamotteauskleidung 8 versehen.A combustion system 1 for the automatic combustion of small-sized solid fuels, in particular wood chips, is composed of the combustion chamber 3 combined with a boiler 2, a fuel charging device 4 and an air supply device 5. The combustion chamber 3 forms a combustion chamber 6 and flue gas flues 7 emanating therefrom and is provided with a fireclay lining 8 on the inner walls.
Die Beschickungsvorrichtung 4 besteht aus einem den Brennstoff aufnehmenden Vorratsbehälter 9, der mit einem Austragsförderer 10 ausgerüstet ist, einem vom Austragsförderer 10 über eine Zellenradschleuse 11 und vorzugsweise eine Verwiegestrecke 12 zu einem Beschickungsförderer 13 führenden Zufuhrkanal 14 und einem den Beschickungsförderer an eine Eintragsöffnung 15 des Feuerraumes 6 anschließenden Beschickungskanal 16, wobei der Zufuhrkanal 14 zumindest von der Zellenradschleuse 11 aus, die Verwiegestrecke 12 und der Beschickungsförderer 13 mit seinem Beschickungskanal 16 zu einem nach außen hin luftdicht abgeschlossenen Förderstrang 17 zusammengebaut sind. Als Beschickungsförderer 13 ist hier ein Schleuderrad 18 vorgesehen, das um eine Vertikalachse dreh- und antreibbar lagert und aus einer Scheibe 19 mit aufgesetzten Schleuderflügeln 20 besteht. Der Auswurf 21 führt direkt in den Beschickungskanal 16, so daß dieser gleichzeitig als Auswurfkanal dient.The feed device 4 consists of a fuel container 9 which is equipped with a discharge conveyor 10, one from the discharge conveyor 10 via a cellular feeder 11 and preferably a weighing section 12 to a feed conveyor 13 and a feed channel 14 leading to the feed conveyor at an entry opening 15 of the combustion chamber 6 subsequent feed channel 16, the feed channel 14 being assembled at least from the cellular wheel sluice 11, the weighing section 12 and the feed conveyor 13 with its feed channel 16 to form a conveyor line 17 which is sealed off from the outside. A centrifugal wheel 18 is provided here as the feed conveyor 13, which is rotatably and driveably supported about a vertical axis and consists of a disk 19 with attached centrifugal vanes 20. The chute 21 leads directly into the feed channel 16 so that it also serves as an chute.
Die Luftversorgungseinrichtung 5 ist für eine Primär-, Sekundär- und Tertiärluftbeaufschlagung ausgelegt, wobei die Zuluftleitungen 22 für die Luftbeaufschlagung, die über Einlaßdüsen 23 für die Primärluft in den Feuerraum 6, für die Sekundär- und Tertiäriuft in geeignete, an den Feuerraum 6 anschließende bzw. dem Rauchgasübergang 24 zum Kessel 2 vorgeordnete Abschnitte der Rauchgaszüge 7 einmünden, jeweils über eigene Gebläse 25 führen, welche Gebläse 25 unabhängig voneinander über Steiltriebe 26 regelbar sind. Außerdem ist zwischen Brennkammer 3 und einem entsprechenden Kamin 27 ein Saugzugventilator 28 angeordnet, um für genau bestimmte Strömungsverhältnisse innerhalb des Feuerraumes und der Rauchgaszüge sorgen und die gewünschte Luftzufuhr auch im Teillastbereich sicherstellen zu können.The air supply device 5 is designed for a primary, secondary and tertiary air supply, the supply air lines 22 for the air supply, which via inlet nozzles 23 for the primary air into the combustion chamber 6, for the secondary and tertiary air into suitable, connected to the combustion chamber 6 or Sections of the flue gas passages 7 leading upstream of the flue gas transition 24 to the boiler 2 each lead via their own blowers 25, which blowers 25 can be regulated independently of one another via steep drives 26. In addition, an induced draft fan 28 is arranged between the combustion chamber 3 and a corresponding chimney 27 in order to ensure precisely defined flow conditions within the combustion chamber and the flue gas flues and to be able to ensure the desired air supply even in the partial load range.
Zur Regelung und Überwachung der Feuerungsanlage 1 ist eine Steuerungseinrichtung 29 vorgesehen, die in Abhängigkeit von den über Meßfühler 30 für den Feuerraum und die Rauchgaszüge, Meßfühler 31 für den Kessel 2 und Meßfühler 32 für die Abgase, die in einem dem Saugzugventilator 28 vorgeordneten Meßrohr 33 angeordnet sind, eingelesenen Meßdaten einerseits den Brennstoffeintrag entsprechend dem Leistungsbedarf durch Ansteuern der Antriebe des Austragsförderers 10, der Zellradschleuse 11 und des Beschickungsförderers 13 regelt und anderseits die Verbrennungsiuftzufuhr entsprechend den Verbrennungsverhältnissen und Betriebszuständen im Feuerraum und den Rauchgaszügen durch Ansteuern der Stelltriebe 26 für die Gebläse 25 und des Saugzugventilators 28 kontrolliert. Ein in den Beschickungskanal 16 einmündender Zündgebläsebrenner 34, der ebenfalls von der Steuerungseinrichtung 29 ansteuerbar ist, erlaubt ein automatisches Anfeuern und Vorwärmen der Brennkammer. 3To control and monitor the furnace 1, a control device 29 is provided which, depending on the sensor 30 for the combustion chamber and the flue gas flue, sensor 31 for the boiler 2 and sensor 32 for the exhaust gases, in a measuring tube 33 arranged upstream of the suction fan 28 are arranged, read-in measurement data regulates on the one hand the fuel input in accordance with the power requirement by controlling the drives of the discharge conveyor 10, the rotary valve 11 and the loading conveyor 13 and on the other hand the combustion air supply in accordance with the combustion conditions and operating conditions in the combustion chamber and the flue gas flues by actuating the actuators 26 for the blowers 25 and the induced draft fan 28 controls. An ignition fan burner 34, which opens into the feed channel 16 and which can also be controlled by the control device 29, permits automatic firing and preheating of the combustion chamber. 3rd
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