AT502343B1

AT502343B1 - Heizkessel für körnige brennstoffe

Info

Publication number: AT502343B1
Application number: AT0139305A
Authority: AT
Original assignee: Eisenzopf Georg
Priority date: 2005-08-24
Filing date: 2005-08-24
Publication date: 2007-12-15
Also published as: DE502006008218D1; PL1757859T3; EP1757859A1; EP1757859B1; ATE487090T1; AT502343A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Heizkessel für körnige Brennstoffe, die staubförmige, feinkörnige Anteile aufweisen, mit einer liegenden Brennkammer oberhalb eines Rostes, mit einem an eine Abgasausströmöffnung der Brennkammer angeschlossenen Wärmetauscher für Kesselwasser, mit einer an einer Stirnwand der Brennkammer vorgesehenen Beschickungseinrichtung zum Abwerfen des Brennstoffes auf den Rost und mit einer Primärluftzufuhr unterhalb sowie einer Sekundärluftzufuhr oberhalb des Rostes.

Um kleinstückeligen Brennstoff, wie Reststoffe aus der Papierproduktion, Klärschlamm, oder Reststoffe aus der Landwirtschaft in einem Heizkessel zu verbrennen, ist es bekannt (EP 1 416 224 A1), eine liegende Brennkammer vorzusehen, die auf einer Stirnwand ein Schleuderrad aufweist, mit dessen Hilfe der stückelige Brennstoff auf einen Rost abgeworfen wird, der von unten mit Primärluft versorgt wird. Die heißen Abgase werden mit Hilfe eines Saugzuggebläses im Bereich der der Beschickungsseite gegenüberliegenden Stirnwand aus der Brennkammer durch einen Abgaszug abgezogen und einer Nachverbrennung zugeführt. Zu diesem Zweck wird im Bereich der Nachverbrennungsstrecke des Abgaszuges den Abgasen über eine Zuluftleitung Sekundärluft zugemischt, die unabhängig von der Primärluftzufuhr über ein gesondertes Gebläse geregelt wird, und zwar in Abhängigkeit von der Kohlenmonoxidemission, die in herkömmlicher Art, beispielsweise durch eine Lambdasonde, überwacht wird. Am Ende der Ausbrandstrecke strömen die heißen Abgase durch den angeschlossenen Wärmetauscher zur Erwärmung des Kesselwassers. Ein Teil der Abgase wird im Anschluß an das Saugzuggebläse rückgeführt, um durch eine Zumischung einerseits zur Primärluft und anderseits zur Sekundärluft für eine gleichmäßige, begrenzte Verbrennungstemperatur zu sorgen und damit entsprechende Voraussetzungen für eine schadstofffreie Verbrennung des Brennstoffes zu schaffen. Solche Heizkessel setzen allerdings kleinstückelige Brennstoffe mit einer durchschnittlichen Mindestkomgröße voraus, die eine Wurfbeschickung zulassen. Bei feinkörnigeren Brennstoffen oder Brennstoffen mit einem hohen Staubanteil ist jedoch ein gleichmäßiger Abwurf des Brennstoffes auf den Rost nicht möglich. Dazu kommt, daß für einen vollständigen Ausbrand eine entsprechende Verweilzeit des feinkörnigen Brennstoffes im Glutstock auf dem Rost sicherzustellen ist, was mit der bekannten Abgasführung über einen Abgaszug zur Nachverbrennung nicht erreicht werden kann.

Es ist zwar bereits bekannt, zur Verbrennung von Teer- und Bitumenrückständen, Ölschlammgemischen und Faulschlamm diese Brennstoffe mit Hilfe einer rotierenden Reibscheibe oder Bürste zu zerkleinern, gegen deren Reibfläche der Brennstoff durch eine Führung gedrückt wird, und den Abrieb mit Hilfe eines Gebläses in einen Verbrennungsraum zu fördern (DE 1 451 574 A), doch wird die Förderluft als ausschließliche Verbrennungsluft eingesetzt, die durch Leitschaufeln verwirbelt wird, so daß sich keine gleichmäßigen Feuerungsbedingungen in einem Glutbett einstellen lassen.

Schließlich ist es bekannt (US 4 528 917 A), körnige Brennstoffe mit Hilfe eines Gebläses durch eine Eintragsdüse in einem Förderluftstrom auf einen Rost einer liegenden Brennkammer abzuwerfen, der Primärluft durch den Rost so zugeführt wird, daß die heißen Abgase im wesentlichen entgegen dem Förderluftstrom aus der Brennkammer durch eine Abgasausströmöffnung abgezogen werden können, die in der Decke der Brennkammer im Anschluß an die Stirnwand mit der Eintragsdüse vorgesehen ist, um eine Verwirbelung der heißen Abgase mit dem körnigen Brennstoff zu erreichen. Da der Brennstoff in die mit einer Regelklappe ausgerüstete Druckleitung des Gebläses dosiert eingebracht wird, werden die feinkörnigen Brennstoffanteile mit den grobkörnigeren Anteilen durch die Eintragsdüse in die Brennkammer eingeblasen. Die grobkörnigeren Brennstoffanteile benötigen allerdings einen entsprechenden Förderluftstrom, so daß sich Schwierigkeiten hinsichtlich der Regelung der Verbrennungsluft ergeben, weil die Förderluft, die als Sekundärluft für die Verbrennung dient, ausschließlich in Abhängigkeit von der jeweiligen Fördermenge über die Regelklappe gesteuert wird. Dazu kommt, daß aufgrund der dem Förderluftstrom entgegengerichteten Abgasströmung die feinkörnigen Anteile des in die Brennkammer unmittelbar im Ansaugbereich der Abgasausströmöffnung eingeblasenen Brennstoffes vor einem vollständigen Ausbrennen aus der Brennkammer abgezogen werden. 3 AT 502 343 B1

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Heizkessel für körnigen Brennstoff mit staubförmigen, feinkörnigen Anteilen der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, daß eine gute Brennstoffausnützung bei einer schadstoffarmen Verbrennung gewährleistet werden kann.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß die Beschickungseinrichtung ein Gebläse umfaßt, in dessen mit einer Luftregelklappe versehene Ansaugleitung eine Dosierschnecke für den Brennstoff mündet, daß die Abgasausströmöffnung im Bereich der gebläseseitigen Stirnwand in der Decke der Brennkammer vorgesehen ist und daß die dem Gebläse gegenüberliegende Stirnwand eine Leitfläche zur Umlenkung der Abgase in eine Abgasströmung entlang der Decke der Brennkammer zur Abgasausströmöffnung bildet.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß es nicht nur auf den Aufbau eines gleichmäßigen Glutbettes auf dem Rost, sondern auch auf die sich in der Brennkammer ergebenden Strömungsverhältnisse ankommt, um einen vorteilhaften Ausbrand des körnigen Brennstoffes bei einer geringen Schadstoffemission zu erreichen. Voraussetzung hiefür ist die bekannte Temperaturregelung mit Hilfe von sowohl der Primär- als auch der Sekundärluft zugemischten, aus dem Abgasstrom nach dem Wärmetauscher abgezogenen Abgasen. Durch die Kombination eines Gebläses für die Beschickung der Brennkammer mit dem körnigen Brennstoff und der Umlenkführung der heißen Abgase im Bereich der dem Gebläse gegenüberliegenden Stirnwand gelingt es in überraschender Weise, den Brennstoff ausreichend gleichmäßig über den Rost zu verteilen, ohne Gefahr zu laufen, daß nicht bzw. nicht vollständig ausgebrannte Brennstoffteilchen mit der Abgasströmung aus der Brennkammer ausgetragen werden. Da der Brennstoff über eine Dosierschnecke in die Ansaugleitung des Gebläses eingetragen wird, werden die grobkörnigeren Brennstoffanteile vom Flügelrad des Gebläses erfaßt und beschleunigt, so daß eine im wesentlichen auf die Förderung der feinkörnigeren Anteile abgestimmte Förderluftmenge für den Brennstoffeintrag in die Brennkammer erforderlich ist. Die Förderluft des Gebläses, deren Menge über eine Luftregelklappe in der Ansaugleitung des Gebläses gesteuert wird, kann somit in Abhängigkeit von den jeweiligen Förder- und Verbrennungsbedingungen bei der Regelung der in die Brennkammer eingeleiteten Sekundärluft berücksichtigt werden, um trotz der in die Brennkammer eingeblasenen Förderluft vorteilhafte Abbrandbedingungen einstellen zu können. Die an der dem Brennstoffeintrag gegenüberliegenden Stirnwand der Brennkammer umgelenkten und entlang deren Decke zur Abgasströmung geführten Abgase beeinträchtigen weder die Brennstoffzufuhr mit Hilfe eines Förderluftstromes noch den vollständigen Ausbrand des Brennstoffes. Es wird vielmehr durch die umgelenkte Abgasführung für eine längere Verweilzeit der mit dem Abgasstrom mitgerissenen Brennstoffteilchen in der Brennkammer gesorgt.

Zur Unterstützung der angestrebten Abgasführung von der dem Beschickungsgebläse gegenüberliegenden Stirnwand der Brennkammer entlang deren Decke zur Abgasausströmöffnung im Bereich der gebläseseitigen Stirnwand können im Bereich der die Leitfläche zur Umlenkung der Abgasströmung bildenden Stirnwand und einem anschließenden Abschnitt der Decke der Brennkammer Lufteinströmöffnungen der Sekundärluftzufuhr vorgesehen werden, so daß durch die im Umlenkbereich zugeführte Sekundärluft eine deckennahe Abgasströmung gegensinnig zum Förderluftstrom erzwungen wird, mit dem der körnige Brennstoff in die Brennkammer eingetragen wird. Damit sich diese entgegengesetzten Strömungen nicht nachteilig beeinflussen können, ist das Gebläse der Beschickungseinrichtung mit einem entsprechenden Höhenabstand von der Decke der Brennkammer anzuordnen.

Obwohl es durchaus möglich ist, die Ansaugleitung koaxial zum Flügelrad in das Gebläsegehäuse einmünden zu lassen, ergeben sich günstigere Konstruktionsverhältnisse, wenn das Gebläse eine liegende Welle aufweist, wobei die zum Gebläse abfallende Ansaugleitung an die Umfangswand des Gebläsegehäuses anschließt, so daß der der Ansaugleitung über die Dosierschnecke zugeförderte Brennstoff in einem äußeren Radialbereich von den Flügeln des Gebläserades erfaßt und in die Brennkammer gefördert wird. Durch diese Maßnahme werden nicht nur gute Eintragsbedingungen für den Brennstoff erreicht, sondern auch die Verschleißer- 4 AT 502 343 B1 scheinungen insbesondere an den Flügeln des Flügelrades verringert. ln der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt, und zwar wird ein erfindungsgemäßer Heizkessel für körnige Brennstoffe in einem schematischen Längsschnitt gezeigt.

Der dargestellte Heizkessel setzt sich im wesentlichen aus einer Brennkammer 1 und einem an die Brennkammer 1 über eine Abgasausströmöffnung 2 angeschlossenen, strichpunktiert angedeuteten Wärmetauscher 3 zum Erwärmen von Kesselwasser zusammen. In der mit einer feuerfesten Auskleidung versehenen Brennkammer 1 ist ein Rost 4 zur Aufnahme eines Glutbettes vorgesehen. Dieser Rost 4 ist für den Ascheaustrag als beweglicher Treppenrost ausgebildet. Die mit Hilfe des Treppenrostes in einen Ascheraum 5 geförderte Asche wird aus dem Ascheraum 5 mit Hilfe einer Schnecke 6 ausgetragen. An der einen Stirnwand 7 der liegenden Brennkammer 1 ist eine Beschickungseinrichtung 8 für körnigen Brennstoff vorgesehen, der mit Hilfe einer Dosierschnecke 9 der Beschickungseinrichtung 8 aufgegeben wird. Die Beschickungseinrichtung 8 umfaßt ein an der Stirnwand 7 der Brennkammer 1 angeflanschtes Gebläse 10 mit einer liegenden Welle und einer Ansaugleitung 11, die mit einem Abschnitt 12 gegen das Gehäuse des Gebläses 10 abfällt und an dessen Umfangswand anschließt. Zur Steuerung der Förderluft ist die Ansaugleitung 11 mit einer Luftregelklappe 13 versehen.

Die dem Gebläse 10 gegenüberliegende Stirnwand 14 der Brennkammer 1 bildet eine Leitfläche 15 zur Umlenkung der Abgase in eine Abgasströmung entlang der Decke 16 der Brennkammer 1 gegen die Abgasausströmöffnung 2 hin, die in der Decke 16 im Bereich der gebläseseitigen Stirnwand 7 angeordnet ist.

Die Primärluftzufuhr 17 ist unterhalb des Rostes 4 vorgesehen. Mit Hilfe eines Gebläses 18 wird Frischluft über einen Ansaugstutzen 19 angesaugt. Dieser Frischluft 19 kann über einen weiteren Ansaugstutzen 20 ein Teilstrom der Abgase zugemischt werden, die über ein Saugzuggebläse 21 aus der Brennkammer 1 abgesaugt und durch den Wärmetauscher 2 gefördert werden. Die Einstellung der Primärluftmenge und des Mischungsverhältnisses zwischen Primärluft und rückgeführtem Abgas erfolgt über Steuerklappen in den Ansaugstutzen 19 und 20.

In ähnlicher Weise kann der Sekundärluftzufuhr 22 ein Gebläse 23 zugeordnet werden, das über einen Ansaugstutzen 24 Frischluft und über einen weiteren Ansaugstutzen 25 Abgas ansaugt, das der Abgasleitung 26 des Saugzuggebläses 21 entnommen wird. Die Sekundärluftzufuhr 22 mündet über Lufteinströmöffnungen 27 oberhalb des Rostes 4 in die Brennkammer 1, und zwar im Umlenkbereich der Stirnwand 14 und in einem daran anschließenden Deckenbereich. Durch diese Maßnahme wird eine vorteilhafte Abgasströmung innerhalb der liegenden Brennkammer 1 erzielt, wie dies durch die in vollen Linien eingezeichneten Strömungspfeile angedeutet ist. Der körnige Brennstoff wird über das Gebläse 10 entsprechend den strich-liert dargestellten Strömungspfeilen auf den Rost 4 aufgebracht, so daß sich zwischen der Förderluft des Gebläses 10 und der Abgasströmung entlang der Decke 16 eine gegensinnige Strömungsrichtung ergibt, die einen entsprechenden Höhenabstand des Gebläses 10 von der Decke 16 der Brennkammer 1 bedingt, um gegenseitige Störeinflüsse zu vermeiden.

Aufgrund der über das Gebläse 10 in die Brennkammer 1 eingebrachten Brennstoffmenge bildet sich auf dem Rost 4 ein Glutbett, dessen Temperatur über die zugeführte Primärluft gesteuert werden kann, und zwar aufgrund der Zumischung von Abgasen aus der Abgasleitung 26. Die Abgastemperatur wird über die Nachverbrennung durch die Steuerung der Sekundärluft geregelt, die wiederum zufolge der Abgaszumischung eine einfache Einflußnahme erlaubt. Die Begrenzung der Abgastemperatur im Bereich der Nachverbrennung ist deshalb von besonderer Bedeutung, weil beispielsweise bei der Verbrennung von landwirtschaftlichen Biomassen, wie Getreide, gehäckseltem Gras, Stroh u. dgl. der Ascheschmelzpunkt bei etwa 700°C liegt.

Claims

5 AT 502 343 B1 Patentansprüche: 1. Heizkessel für körnige Brennstoffe, die staubförmige, feinkörnige Anteile aufweisen, mit einer liegenden Brennkammer oberhalb eines Rostes, mit einem an eine Abgasausströmöffnung der Brennkammer angeschlossenen Wärmetauscher für Kesselwasser, mit einer an einer Stirnwand der Brennkammer vorgesehenen Beschickungseinrichtung zum Abwerfen des Brennstoffes auf den Rost und mit einer Primärluftzufuhr unterhalb sowie einer Sekundärluftzufuhr oberhalb des Rostes, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickungseinrichtung (8) ein Gebläse (10) umfaßt, in dessen mit einer Luftregelklappe (13) versehene Ansaugleitung (11) eine Dosierschnecke (9) für den Brennstoff mündet, daß die Abgasausströmöffnung (2) im Bereich der gebläseseitigen Stirnwand (7) in der Decke (16) der Brennkammer (1) vorgesehen ist und daß die dem Gebläse (10) gegenüberliegende Stirnwand (14) eine Leitfläche (15) zur Umlenkung der Abgase in eine Abgasströmung entlang der Decke (16) der Brennkammer (1) zur Abgasausströmöffnung (2) bildet.
2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der die Leitfläche (15) zur Umlenkung der Abgasströmung bildenden Stirnwand (14) und einem anschließenden Abschnitt der Decke (16) der Brennkammer (1) Lufteinströmöffnungen (27) der Sekundärluftzufuhr (22) vorgesehen sind.
3. Heizkessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (10) eine liegende Welle aufweist und daß die zum Gebläse (10) abfallende Ansaugleitung (11) an die Umfangswand des Gebläsegehäuses anschließt. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen