DE3126419A1

DE3126419A1 - Feuerungsanlage fuer stroh oder aehnliches material

Info

Publication number: DE3126419A1
Application number: DE19813126419
Authority: DE
Inventors: Hans-Otto Dr.-Ing. 3340 Wolfenbüttel Sacht; Jürgen Simonis
Original assignee: Gebrueder Welger GmbH and Co KG
Current assignee: Gebrueder Welger GmbH and Co KG
Priority date: 1981-07-04
Filing date: 1981-07-04
Publication date: 1983-01-13
Also published as: DE3126419C2

Description

GEBRODER WELGER O MBH S CO KOMMANDITGESELLSCHAFT

Feuerungsanlage für Stroh oder ähnliches Material

Die Erfindung betrifft eine Feuerungsanlage für Stroh oder ähnliches Material mit einer liegenden, in einen Heizungskessel hineinragenden, rohrförmigen Brennkammer, in welche der Brennstoff von außen in axialer Richtung eingeschoben und welcher die Verbrennungsluft aus einem die Brennkammer umhüllenden Ringraum umfangsseitig zugeführt ujird.

In jüngster Zeit wurden verschiedene Feuerungsanlagen, die zum Verheizen von Holzabfällen entwickelt morden waren, auch für die Verbrennung von Stroh vorgeschlagen. Die vorteilhaftesten arbeiten nach dem Prinzip, den Brennstoff zunächst in eine dosierbare Form aufzubereiten und dann in eine kleine Brennkammer einzuführen, wodurch eine kontinuierliche Brennstoffnachführung ermöglicht und eine gute Regelbarkeit der Heizleistung erzielt wird. Die Brennkammer ist mit einem Wärmetauscher verbunden. Eine Ausbildungsform einer solchen Brennkammer ist in der DE-OS 2S 20 933 beschrieben. Hierbei besteht die Brennkammer aus einem quadratischen Rohr konstanten Querschnitts mit in Brennstoffschubrichtung wesentlich ansteigendem Brennkammerboden. In Stückform aufbereitetes Holz wird in axialer Richtung eingeschoben, durch seitliche Spalte von Primärluft durchströmt und im oberen Brennkammerbereich durch auf die Mittelachse gerichtete Düsen mit Sekundärluft beaufschlagt.

Für die Verbrennung eines komprimierten Brennstoffstranges aus Stroh ist diese Brennkammer wegen der andersartigen Zünd- und Brenneigenschaften des Strohstranges, die insbesondere von der Aufbereitungsart und Dichte des Strohs bestimmt werden, nicht funktionsfähig. Während Holz in stückiger Form aufgrund der großen Luftzwischenräume in einer Brennkammer von Verbrennungsluft gut durchströmbar ist und eine relativ große mit Verbrennungsluft beaufsch lagbare, freie Oberfläche aufweist, stellt komprimiertes, strangförmig zugeführtes Stroh einen nur schwer von Luft durchdringbaren Brennstoff mit relativ kleiner Oberfläche dar. Lage

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und Querschnittsverlauf der Brennkammer sowie die Anordnung der Luftzuführung würden bewirken, daß ein Strohstrang zu langsam angefacht und ganz unzulänglich mit V/erbrennungsluft beaufschlagt tjird. Eine Folge davon ist, daß die bei 3DD⁰C freigesetzten und bei 7DD⁰C entzündbaren flüchtigen Bestandteile, die bei Stroh etwa BD Gewichtsprozente bezogen auf die wasser- und aschefreie Substanz ausmachen und in denen etwa 7D % des Gesamtheizwertes enthalten sind, aufgrund fehlenden Sauerstoffs, zu geringem Temperaturniveau und schlechter Mischung im Brennraum nur unvollständig verbrennen. Damit verbunden sind hohe giftige Bestandteile im Abgas und eine schlechte Ausnutzung des Energieinhaltes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Berücksichtigung der besonderen verbrennungstechnischen Eigenschaften von Stroh eine Brennkammer so auszubilden, daß möglichst frühzeitig nach der Zündphase eine intensive, weitgehend vollständige Verbrennung angefacht und mit hoher Verbrennungsgeschwindigkeit aufrechterhalten wird, um den Energieinhalt des Brennstoffes bei raucharmen Abgas optimal auszunutzen, wobei ein Flammenbild ähnlich dem von gut eingestellten Ölfeuerungen erzeugt werden soll.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Form der Brennkammer und die Anordnung der Verbrennungsluftzufuhr so aufeinander abgestimmt sind, daß sie die Verbrennungsluft und die vergasten BrennstoffanteiIe in zwei kräftige Drallbewegungen zwingen und als üJirbelströmungen in axialer Richtung dicht über ein auf dem Brennkammerboden liegendes Glutbett leiten.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine turbulente Drallströmung eine schnelle und intensive Verwirbelung und Vermischung von Verbrennungsluft und brennbaren Gasen erzeugt. Darüber hinaus aber streichen die verdrallten Lüirbelfäden mit größerer Relativgeschwindigkeit über das Glutbett und steigern damit auch dessen Verbrennungstemperatur und Verbrennungsgeschwindigkeit. Das Glutbett verkrustet zu einer porösen Schlacke, welche die Flugascheteilchen festhält. Wie die Praxis zeigt, ergibt die erfindungsgemäße Ausgestaltung eine ölbrennerähnliche Flamme und ein verkruste-

tes Aschebett mit nierenförmigem Querschnitt und grauer Farbe. Die Abgase liegen während aller Verbrennungsphasen innerhalb der zulässigen Emissionswerte.

Eine besonders vorteilhafte Lösung des Erfindungsgedankens besteht darin, daß sich der Brennkarnmerquerschnitt in Brennstoffschubrichtung verkleinert, wobei der Brennkammerboden etuja horizontal verläuft, daß der Brennstoffstrang nahe dem Eintritt in die Brennkammer stirnseitig durch entgegen der Brennstoffschubrichtung gerichtete Erstdüsen mit V/erbrennungsluft beaufschlagt wird und daß im anschließenden mittleren Brennkammerbereich das Glutbett von unten her mit Verbrennungsluft durchströmt wird.

Die entgegen der Brennstaffschubrichtung gerichteten Erstdüsen ver sorgen die Strangstirnseite intensiv mit Sauerstoff, so daß das sich lockernde Stroh schnell angefacht und vom Beginn des Verbrennungsvorganges an hohe Verbrennungstemperaturen erzielt werden, was eine schnelle Vergasung des kontinuierlich zugeführten Strohs ermöglicht und eine frühzeitige, vollkommene Verbrennung der vergasten Anteile begünstigt. Die Aufrechterhaltung der hohen Temperatur während der fortschreitenden Verbrennung luird durch die Luftzuführung von unten gesichert, wobei vorgewärmte Luft durch das Brennstoffbett hindurch nach oben geleitet wird, so daß sich über diesem zwei entgegengesetzt symmetrische Wirbel-Drallströmungen des Luft- und Gasgemisches bilden. Die im oberen Brennkammerbereich besonders heißen Gase aber werden infolge des stetig kleiner werdenden Brennkammerquerschnitts in gebündelter Form zwangsläufig auf das sich bildende Glutbett herabgedrückt und überstreichen es bis zum Brennkammerausgang, wobei die brennbaren Bestandteile des immer niedriger werdenden Bettes restlos verbrannt werden.

Eine zusätzliche Vervollkommnung der Verbrennung wird dadurch erzielt, daß in der Decke des ausgangsseitigen Brennkammerbereiches ein radial nach unten gerichteter Satz Drittdüsen zur Restgasverbrennung angeordnet ist.

Eine günstige Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes liegt vor, uienn die Brennkammer als doppeluiandiger und zwischen den Wandungen won Verbrennungsluft durchströmbarer sowie außen wärmespeichernder Hqh !kegelstumpf ausgebildet ist, ujqbei der von den Wandung pn cjghilrietn Rirujraum am H rrnnknmmnrnuunnnr) η ti rniici f.i i| r j t · r; ι: ί 11 ιιπμριι int,. Din (Jeu K 1 inj ruiim iliii'cliti Li¹UIiIi¹Ii(I(J Lul'L urtjiürin I. :jLi:M uinurüi! i l.ij an den Wandungen und fördert eine schnelle und sichere Zündung und Verbrennung. Andererseits kühlt diese Luft den inneren Brennraiimninritr.'l und hrijt, ihn πι ι Γ rinnm πΙιπρπι'μίΜ.ρπ T ι "in j ι r· ι·« 11. u I'M 1 \/1 ·; μ ι, ijiiiüufuli Llrjfi Anus t./fui vini .iiuh J aukij VL'rmi edun wird. Um riifj Uruniikammer selbst auf einem hohen Temperaturniveau zu halten, umgibt den Ringraum ein Keramikmantel. Die hohe Wärmespeicherung der Brennkammer und das schnelle Aufheizen der Brennkammer durch die vorgewärmte Verbrennungsluftzuführung sowie die gezielte Beaufschlagung der Strangstirnseite mit Verbrennungsluft und die Bündelung der Flamme durch die Konizität der Brennkammer bewirken mich nnuh piiiRr läiirjcriMi IJn l,r rli rccliiiini diir Ur¹ rh rnimuiii| kur/r Anl'iili rphi i.'iiMi iiinJ ιιι,Ιΐίΐ ΙΊΊ'ΐι McIiIiI¹I I Mir liir i'liu¹ vii Γ I I- t iiiini ι · 111 ■ \/ r ■ rli ι · ι > 11 riiinri, ί ιιπΙιριηπηΙκτρ rli'p I I fin h I, i ijimi llcii l.nrul tv i I r¹ , mi l.iiiiMirli iji¹ Ιπ-ΊΠι· A l.iiiiiiifilii'l π·. UmiIii n:li iiiiiil ΐ|ίιιπι 1.1 i|i' \hi ιίιιπιιιι¹ Ι./ιιιιιιιίι Γι'Ίγ iIiiii /\ t · 11 j · 1 Lt'ii de j· Aiilnyt! im ί υ i 1 I tia tberei cjh ycyülieii, der iJui'uh inphr oder weniger langes Unterbrechen der Gutszufuhr entsprechend der abverlangten Wärmeleistung der Feuerungsanlage gekennzeichnet ist.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen .

Ein Beispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden beschrieben. Hierbei zeigen

Fig. 1 einen vertikalen Mittelschnitt durch die Feuerungsanlage und

Fig. 2 einen Querschnitt in-der Schnittebene A-B.

Die Feuerungsanlage weist einen zylindrischen Heizungskessel 1 mit waagerechter Kesselachse 2 auf, der aus einem Innenmantel 3 und einem Außenmantel 4 besteht und dessen hohler Ringraum 5 über nicht

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dargestellte Ματ- und Rücklauf leitungen von Heizungswasser durchströmbar ist. Auf dem Innenmantel 3 des Heizungskessels 1 sind radiale Längsrippen 6 angeordnet.

Stirnseitig ist der Heizungskessel 1 durch eine vordere Heizungskesselstirnuand 7 und eine als Kesseltür θ ausgebildete hintere Stirnwand, die eine wärmeisolierte Ablenkplatte 9 aufweist, abgeschlossen. Der gesamte Heizungskessel 1 ist von einem Blechgehmifip 1Π mit ηιιπιίΓη U nnhi'fn IJiii'ranhrii 1.1., dnn innen mil. I <·.η 1 ;ι1, j ium ΜίΜΐ,ιτΐϋΙ 11 uusgekleidet iüt, umachlasaen.

An die vordere Heizungskesselstirnwand 7 ist ein ebenfalls quadratischer und mit Isolationsmaterial 12 ausgekleideter Behälter 13 angeschlossen, der einen Abgassammeiraum 14 bildet. Dieser steht mit dem Kesselraum 15 durch eine Öffnunq 16 in der Unterseite der vorderen Heizungskesselstirnujand 7 in Verbindung. Ferner führt aus dem Abgassammeiraum 14 ein Abgasrohr 17.

Eine Brennkammer 18 ist im Abgasraum 14 und im Kesselraum 15 angeordnet. Sie besteht aus einem doppeluandigen Hohlkegslstumpf. Seine innere Wand uird von einem Brennkammermantel 19 gebildet, dessen Brennkammerboden 20 horizontal verläuft und dessen Decke 21 in Brennstoffschubrichtung 22 zum Brennkammerboden 20 hin konvergiert. Eingangsseitig ist die Brennkammer 18 durch eine tragende Stirnplatte 23 abgeschlossen. Der gesamte Brennkammermantel 19 ist von einem Außenmantel 24 aus uärmeisalierendem Material so umgeben, daß zwischen beiden Wänden ein Ringraum 25 verbleibt. Am Brennkammerausgang 26 ist der Ringraum durch eine am Brennkammermantel 19 angeschweißte Ringscheibe 27 abgeschlossen. Im Brennkammereintrittsbereich mündet der Ringraum 25 im obersten Sektor 28 in einen Luftvorwärmkasten 29, welcher den Brennraum 18 in diesem Bereich umgibt und ebenfalls an der Stirnplatte 23 befestigt ist.

Die Stirnplatte 23 weist eine runde Brennstaffeintrittsöffnung 3D auf, in welche ein Zuführkanal 31 mündet, wobei die Achse 32 der Brennstaffeintrittsöffnung 30 und des Zuführkanals 31 über der Kesselachse 2 liegt.

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Unterhalb der Brennstoffeintrittsöffnung 3D ist ein Rohrstutzen durch die Stirnplatte 23 geführt, durch welchen die Verbrennungsluft von einem Druckluftgebläse 34 in den Luftvorujärmkasten 29 eingeblasen uird. Sie tritt aus dem Ringraum 25 in die Brennkammer 18 durch drei Düsensätze ein: a) Zwei Erstdüsen 35 sind nahe der Brennstoffeintrittsöffnung 3D beidseits in Höhe der Brennkammermittelachse im Brennkammermantel 19 angebracht. Sie sind durch Leitbleche 36 abgedeckt ; ihr Luftstrahl 37 ist auf die Brennkammereintrittsöffnung 30 gerichtet, b) Ein Satz Zuieitdüsen 3Θ befindet sich im Brennkammerbaden 20 des mittleren Brennkammerbereiches. Die ebenfalls durch Leitbleche 39 überdeckten Düsen 38 lenken ihren Luftstrahl 40 durch ein Glutbett 44 hindurch nach eben, c) In der Decke 21 des Brennkammermantels 19 sind nahe dem Brennkammerausgang 26 Drittdüsen 41 vorgesehen, deren Strömung nach unten gerichtet ist.

Bei der Inbetriebnahme iuird ein Brennstoffstrang 43 aus komprimiertem Kurzstroh durch die Brennstoffeintrittsöffnung 30 geschoben. IMach einer Initialzündung wird V/erbrennungsluft (Pfeil 37) durch die Erstdüsen 36 gegen den Brennstoffstrang 43 geblasen und die Verbrennung schnell angefacht. Die dabei freigesetzten, flüchtigen Brennstoffbestandteile steigen nach oben, ωα sie von der Verbrennungsluft der Zueitdüsen 38 erfaßt und mit ihr zu zwei entgegengesetzt symmetrischen und zum Brennkammerausgang 26 strömenden Wirbel-Drallströmungen 46 v/ermischt werden. Gleichzeitig tdird die feste Strohkohle von dem in Brennstoffschubrichtung 22 nachgedrückten frischen Brennstoff allmählich in Richtung zum Brennkammerausgang 26 geschoben. Dabei luird sie durch die Verbrennungsluft der Zueitdüsen 38 von unten durchströmt und zu einem Glutbett 44 verbrannt. Zusätzlich uird das Glutbett 44 intensiv von den Wirbel-Drallströmungen 46 überstrichen, welche infolge der Verjüngung der Brennkammer auf das Glutbett 44 gezwungen werden und dort eine sehr hohe Verbrennungstemperatur erzeugen. Das Glutbett 44 verkrustet sich schließlich zu einem nierenförmigen Querschnitt 45, welcher sich durch die beiden Wirbe]-Drallströmungen 46 bildet. Es fällt nach Erreichen des Brennkammerausgangs 26 in den Ascheraum am Boden des Kesselraumes 15, von wo die Asche im Bedarfsfalle durch die Kesseltür 8 entnommen uerden kann.

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Im Vollastbetrieb werden"der Brennkammer 18 durch den Zuführkanal 31 mittels eines nicht dargestellten Kalbens Brennstoffpackungen in Abständen von etua GD see. zugeführt, wobei das Druckluftgebläse 34 ständig eingeschaltet bleibt. Bei verringertem Wärmebedarf im Teillastbereich ist die Beschickung längere Zeit (2 - 2G min.) unterbrachen, umbei das Druckluftgebläse abgeschaltet wird.

Während des Betriebes tritt aus dem Brennkammerausgang 26 ein Flammenstrahl aus, der gegen die Ablenkplatte 9 gerichtet ist und durch diese nach vorn in Pfeilrichtung 47 umgelenkt wird. Dadurch werden die heißen Abgase gleichmäßig am gesamten Innenmantel 3 des Heizungskessels 1 entlanggeführt und haben genügend Zeit, um einerseits viel Wärme an das Heizungswasser zu übertragen und andererseits auf einem günstigen, geringen Temperaturniveau durch den Abgassammeiraum 14 in das Abgasrohr 17 geleitet zu werden.

Claims

GEBRODER WELGER 26.

<,, M R H A ι O KOMMANDlI Γ- ESMISCHAFT

P 1313/Pla/Kr

Feuerungsanlage für Stroh oder ähnliches Material

Patentansprüche

( 1 .J Feuerungsanlage für Stroh oder ähnliches Material mit einer liegenden, in einen Heizungskessel (1) hineinragenden, rohrförmigen Brennkammer (IB), in welche der Brennstoff von außen in axialer Richtung eingeschoben und u/elcher die Verbrennungsluft aus einem die Brennkammer umhüllenden Ringraum (25) umfangsseitig zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Farm der Brennkammer (18) und die Anordnung der Verbrennungsluftzufuhr so aufeinander abgestimmt sind, daß sie die l/erbrennungsluft und die vergasten Brennstoffanteile in zwei kräftige Drallbeiuegungen (46) zwingen und als üJirbelströmungen in axialer Richtung dicht über ein auf dem Brennkammerboden (2G) liegendes Glutbett (44) leiten.
2. Feuerungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Brennkammerquerschnitt in Brennstoffschubrichtung (22) verkleinert, wobei der BrennkammerbDden (2G) etwa horizontal verläuft, daß der Brennstoffstrang (43) nahe seinem Eintritt in die Brennkammer (18) stirnseitig durch entgegen der Brennstoff schubrichtung (22) gerichtete Erstdüsen (35) mit Verbrennungsluft beaufschlagt wird und daß im anschließenden mittleren Brennkammerbereich das Glutbett (44) von unten her mit Verbrennungsluft durchströmt wird.
3. Feuerungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Erstdüsen (35) rechts und links im Brennkammermantel (19) in Höhe der Brennkammermittelachse angeordnet sind und sowohl eine auf eine Brennstoffeintrittsöffnung (3G) als auch eine nach unten gerichtete Komponente aufweisen.
4. Feuerungsanlage nach Anspruch 2 ader 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzuführung im mittleren Qrennkammerbereich durch einen Satz Zueitdüsen (38) erfolgt, die im Brennkammerboden (20) beidseits der vertikalen Mittelachsebene angeordnet sind.
5. Feuerungsanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Decke (21) des ausgangsseitigen Brennkammerbereiches ein radial nach unten gerichteter Satz Drittdüsen (41) zur Restgasverbrennung angeordnet ist.
6. Feuerungsanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die brennkammerseitigen Öffnungen der Düsen (35, 38) durch Leitbleche (36, 39) vor l/erschmutzung und Verstopfung geschützt sind.
7. Feuerungsanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (18) als doppeluandiger und zuischen den Wandungen von Verbrennungsluft durchströmbarer sowie außen uiärmespeichender Hohlkegelstumpf ausgebildet ist, Ldobei der von den Wandungen (19, 24) gebildete Ringraum (25) am Brennkammerausgang (2S) stirnseitig geschlossen ist.
8. Feuerungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung der Verbrennungsluft in die Brennkammer (18) von einem Druckluftgebläse (34) über einen den Eintrittsbereich der Brennkammer umhüllenden Luftvoruärmkasten (29) und durch den sich anschließenden Ringraum (25) erfolgt.
9. Feuerungsanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennkammerquerschnitt anfangs größer als die Brennstoffeintrittsöffnung (3d) ist und sich zum Brennkammerausgang (26) etua bis auf deren Maß verjüngt.
10. Feuerungsanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse des Brennkammerausganges (26) tiefer liegt als die der Brennstoffeintrittsöff'nung (30).
11. Feuerungsanlage nach Anspruch 9 ader 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennkammerquerschnitt zum Brennkammerausgang (26) hin ellipsenförmig ausgebildet ist.
12. Feuerungsanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (18) im oberen Bereich des Heizungskessels (1) angeordnet ist, der als doppelüjandiger Zylinder mit waagerechter Kesselachse (2) ausgebildet ist, wobei der Ringraum (5) zwischen einem Innenmantel (3) und einem Außenmantel (4) von Heizuasser durchströmbar ist, und daß der Brennkammerhoden (20) unterhalb der Kesselachse

(2) liegt.
13. Feuerungsanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die in Brennstoffschubrichtung (22) hintere Stirnwand als Kesseltür (8) ausgebildet ist, die eine wärmeisolierte Ablenkplatte (9) enthält, die den Flammenstrahl in eine zu seiner Austrittsöffnung entgegengesetzte Richtung umlenkt (Pfeile 47).
14. Feuerungsanlage nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß außen an die in Brennstoffschubrichtung (22) v/ordere Heizungskesselstirnwand (7) ein Abqassammelraum (14) annnsnt/t InI., ilf-T ilen I ιιΓ Ι,νιιπιΐίίπιιΚυπ 1.1.¹11 {',■"■)) und den fJruiiiil· ammcn.' Lntrittsbereich umschließt.
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16. Feuerungsanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß an ein am Abgassammeiraum (14) befestigtes Abgasrohr (17) ein Absauggebläse angeschlossen ist.

SAD ORIGIJMAL