DE4137778A1 - Verfahren zum betreiben einer verbrennungsvorrichtung und entsprechend ausgebildete verbrennungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben ei­ ner Verbrennungsvorrichtung, insbesondere für feste Brenn­ stoffe, bei dem der Brennstoff in einer Brenngutkammer durch Wärmeeinwirkung unter Abgabe von brennbaren Gasen zersetzt wird, die in einer in einem voreingestellten Temperaturbereich geregelt elektrisch beheizten Nachverbrennungskammer mittels zugeführter Luft oxidiert werden.

Dieses Verfahren mit elektrischer Beheizung der Nach­ verbrennungskammer ist bekannt (DE 31 12 976 A1). Dort werden feste Brennstoffe wie Holz in Heizöfen für die Gebäudeheizung oder auch in offenen Kamin- oder Kachelöfen verbrannt, wobei die gesamte Verbrennungsluft in die eine Brennkammer bildende Brenngutkammer eintritt und das in die Nachverbrennungskammer strömende Rauchgas bereits die benötigte Nachverbrennungsluft mitführt. Der Kaminzug bestimmt den Eintritt der Verbrennungs­ luft, deren Durchsatz nicht geregelt wird. Zur Nachverbrennung der in der Brennkammer durch entsprechende Erwärmung aus dem Brenngut austretenden aber nur teilweise verbrannten Gase ist in der von den Rauchgasen durchströmten Nachverbrennungskammer ein elektrisch beheiztes Glühgitter angeordnet, das mit thermo­ statischer Regelung auf ca. 1070°K aufgeheizt wird. Unabhängig von den verschiedenen Betriebszuständen, die sich beim Anhei­ zen, bei Teilbrand (Teillast), bei Vollbrand (Vollast), beim Ausbrand und in Verbrennungspausen ergeben, wird das Glühgitter ständig auf die vorgenannte Temperatur aufgeheizt bzw. in dem entsprechenden Temperaturbereich gehalten, was mit einem hohen Stromverbrauch verbunden ist. Zwar trägt die aufgewendete elek­ trische Energie zur Nutzwärme des Ofens bei, die elektrische Wärmeerzeugung ist aber schon generell teuer und wird bei einem an sich für die Verbrennung konzipierten Ofen zusätzlich schlecht genutzt.

Ansonsten ist aber die elektrische Beheizung der Nachverbren­ nungskammer zur sicheren Einhaltung der für einen vollständigen Ausbrand zu fordernden Mindesttemperatur ein geeignetes Mittel, durch Verbrennungsanlagen bewirkte Umweltbelastungen herabzu­ setzen. In dieser Hinsicht stellt der Hausbrand eine bedeutende Emissionsquelle dar. Hier finden sich häufig einfache Feue­ rungsanlagen kleiner Leistung (bis ca. 25 kW Heizleistung), die trotz Beschickung mit an sich gut und emissionsarm thermisch nutzbaren Brennstoffen zu sichtbaren und unsichtbaren Luftbela­ stungen führen, die in ihrer Summe beträchtlich sind.

Beim Einsatz geeigneter Brennstoffe ist die Verbrennung im we­ sentlichen von folgenden vier Parametern abhängig: Die Verbren­ nungstemperatur, die Verweilzeit der brennbaren Stoffe in einem ausreichend hohen Temperaturbereich, das Angebot an Sauerstoff und die Mischung bzw. Turbulenz von Verbrennungsluft und Ver­ brennungsgasen. Dabei läßt sich der Verbrennungsvorgang, insbe­ sondere für feste Brennstoffe wie z. B. Holz, vereinfacht in folgende vier Teilprozesse unterteilen: Trocknung, Zersetzung des Brennstoffs in Gase und Kohlenstoff (Pyrolyse), Umsetzung des Kohlenstoffs in gasförmigen Zustand und Oxidation der brennbaren Gase. Diesbezügliche Untersuchungen und Erkenntnisse werden in modernen Verbrennungsanlagen durch die Gestaltung der Brennstoffräume und der Nachverbrennungszonen sowie durch den Einsatz aufwendiger Regelungen und nicht zuletzt durch die Ver­ wendung von Stützbrennern zur Einhaltung von Mindesttemperatu­ ren berücksichtigt.

Auch bei Verbrennungsanlagen kleiner Leistung zur Beheizung und Warmwassererzeugung in Einzelhäusern und kleinen Wohnanlagen werden bereits enorm verbesserte Verbrennungsanlagen angeboten, die im Nennlastbereich eine weitgehend vollständige und damit emissionsarme Verbrennung bewirken. Beim Anheizvorgang und wäh­ rend der Ausbrandphase ist das Brennverhalten aber nach wie vor unbefriedigend, was häufig auch durch rauchende Kamine und da­ mit verbundene Geruchsbelästigungen nach außen in Erscheinung tritt. Gerade bei Kleinfeuerungen unter 25 kW, für welche die Erfindung in erster Linie bestimmt ist, und insbesondere bei solchen ohne automatische Beschickung kommt es zu häufigem An­ heizen und Ausbrennen mit sehr verschiedenen Betriebszuständen. Hier wirkt sich die bekannte elektrische Beheizung der Nachver­ brennungskammer mittels des Glühgitters positiv aus, weil zu­ mindest ein Parameter für eine gute emissionsarme Verbrennung, nämlich die Einhaltung einer Mindesttemperatur, sichergestellt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Verbrennungsvor­ gang so zu verbessern, daß die Emissionen nicht nur bei Nenn­ last sondern in allen Lastbereichen bzw. bei allen verschie­ denen Betriebszuständen der Verbrennungsvorrichtung und auch bei unterschiedlichen Brennstoffeigenschaften gesenkt werden, ohne daß dieses Ergebnis einen hohen Stromverbrauch erfordert.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit der eingangs beschriebenen elektrischen Beheizung der Nachverbrennungskammer erfindungsge­ mäß dadurch gelöst, daß die Nachverbrennungsluft direkt in die Nachverbrennungskammer eingeleitet und ihr Durchsatz in Abhän­ gigkeit von der Temperatur und/oder dem freien Sauerstoffgehalt des nachverbrannten Heißgases geregelt wird.

Die Erfindung betrifft in entsprechender Weise auch eine Ver­ brennungsvorrichtung mit einer mit dem Brennstoff beschickbaren Brenngutkammer, einer elektrisch beheizbaren Nachverbrennungs­ kammer und einer Luftzuführung (DE 31 12 976 A1), die sich er­ findungsgemäß dadurch auszeichnet, daß in die Nachverbrennungs­ kammer eine Leitung mit einer Regelklappe für Nachverbrennungs­ luft mündet und daß eine Steuereinheit vorgesehen ist, die über Signalleitungen mit am Ausgang oder hinter der Nachverbren­ nungskammer angeordneten, vom Heißgas beeinflußten Fühlern für die Temperatur und/oder den freien Sauerstoffgehalt und mit der Elektroheizung der Nachverbrennungskammer zugeordneten Kammer­ temperaturfühlern sowie über Steuerleitungen mit der Regel­ klappe und der Elektroheizung verbunden ist.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens und der Verbrennungsvorrichtung gemäß der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung baut auf der Erkenntnis auf, daß in einer guten Verbrennungsvorrichtung während des Nennlastbetriebes allein durch die Verbrennung eine Temperatur in der Nachverbrennungs­ zone erreicht wird und gehalten werden kann, die eine im we­ sentlichen vollständige Nachverbrennung gewährleistet, so daß sich dann eine elektrische Zusatzheizung erübrigt. Ferner liegt die Erwägung zugrunde, daß während des Anheizens und Ausbren­ nens im Vergleich zum Nennlastbetrieb eine geringere Menge von brennbaren und zu verbrennenden Gasen, allenfalls auch Parti­ keln, aus dem Brennstoff freigesetzt wird und es damit möglich ist, während dieser hinsichtlich Emissionen kritischen Phasen die durch den Ofen geführte Luftmenge zu reduzieren, so daß keine durch unnötigen Luftüberschuß verursachte Kühlung von elektrisch beheizten Einbauten auftritt und ein damit zusammen­ hängender Bedarf an elektrischer Energie vermieden wird. Ent­ sprechend der dann verringerten Luftmenge, die durch das Brenn­ gut strömt, ist auch die Gefahr herabgesetzt, daß Partikel mit­ gerissen werden und unverbrannt bleiben. Im übrigen würde ein unnütz hoher Luftüberschuß auch den feuerungstechnischen Wir­ kungsgrad herabsetzen.

Die bisher nicht bekannte elektrische Beheizung auch der Brenn­ gutkammer, in der die Erwärmung (evtl. auch Trocknung) und Zer­ setzung bzw. Vergasung des Brennstoffs erfolgen muß, ist beson­ ders zweckmäßig. Der Brennstoff muß dann nicht mehr manuell oder sonstwie gezündet werden, vielmehr erwärmt er sich infolge der elektrischen Aufheizung bis auf eine Temperatur, bei der die Entzündung als Folge ausreichender Sauerstoff zufuhr ein­ tritt.

Es ist sogar möglich, der Brenngutkammer keine oder nur so we­ nig Luft zuzuführen, daß hier keine oder doch nur eine geringe Verbrennung stattfindet. Die Erhitzung des Brennstoffs zu sei­ ner Vergasung wird dann mehr oder weniger vollständig durch die Elektroheizung bewirkt. Ein dermaßen ablaufender Verbrennungs­ vorgang zeichnet sich durch eine extrem niedrige Staubemission aus, da in die Nachverbrennungszone nur Wasserdampf (sofern der Brennstoff feucht ist) und die brennbaren Gase übertreten. Dem­ gegenüber werden bei einer teilweisen Verbrennung bereits in der Brenngutkammer - abhängig vom Brennstoff und der Strömungs­ geschwindigkeit des in die Nachverbrennungszone übertretenden Rauchgases - Staubpartikel in die Nachverbrennungszone mitge­ tragen. Diese Staubpartikel werden zumindest zum Teil von den zum Kamin strömenden Gasen mitgeführt, verschmutzen nachfol­ gende Wärmetauscher und verlassen zumindest zum Teil den Kamin in die Umgebungsluft, sofern keine Vorrichtungen zum Zurückhal­ ten oder Abscheiden vorgesehen sind. Eine geringe Luftzufuhr zur Brenngutkammer ist aber dann notwendig, wenn aus dem Brenn­ stoff durch die Zersetzung Kohlenstoff entsteht, der in der Brenngutkammer zu Kohlenmonoxid oxidiert werden muß, das dann in der Nachverbrennungskammer weiter zu Kohlendioxid verbrannt wird.

In der Nachverbrennungskammer bewirken die elektrisch beheizten Einbauten schon in der Anlaufphase des Verbrennungsvorganges, während erst wenig brennbare Gase freigesetzt werden, deren Verbrennung zu einer eigenen ausreichenden Wärmeentwicklung noch nicht genügt, eine weitgehend vollständige Oxidation die­ ser Gase aus dem Brennstoff und führen außerdem zu einer Ver­ dampfung und nachfolgenden Verbrennung von ggf. aus dem Brenn­ stoff freigesetzten Partikeln, die ansonsten z. B. in Form von Aerosolen den sogenannten "blauen Rauch" bei der Holzver­ brennung bilden.

Die vorstehend für die Anheizphase beschriebenen Verhältnisse gelten sinngemäß auch für die Beendigung des Verbrennungsvor­ gangs, da dann die für einen guten Ausbrand der Verbrennungs­ gase erforderliche Temperatur infolge zu geringem Brennstoffan­ gebot bzw. zu geringer Gasmenge nicht mehr durch den Verbren­ nungsvorgang selbst aufrecht erhalten werden kann, die Elektro­ heizung aber auch in diesem Fall die benötigte bzw. fehlende Wärmeenergie liefert.

Durch eine Auswertung der Austrittstemperatur und des freien Sauerstoffgehalts im nachverbrannten Heißgas (vor seiner Abküh­ lung durch Wärmeentzug zur Raumheizung, Warmwassererzeugung oder sonstigen Nutzung) läßt sich die der Verbrennungsvorrich­ tung zugeführte Luftmenge und/oder Luftverteilung im Sinne der vorgenannten Erfindungsaufgabe regeln. Dies kann so geschehen, daß bei ausreichenden Heißgastemperaturen und bei unnütz hohem Luftüberschuß die Luftzufuhr in die Nachverbrennungskammer ge­ drosselt wird und/oder die Luftzufuhr in die Brenngutkammer er­ höht wird, um die Verbrennung anzufachen und so die für eine vollständige Nachverbrennung benötigten hohen Temperaturen aus dem Verbrennungsvorgang zu erhalten bzw. aufrecht zu erhalten und so den Verbrennungsvorgang in einem vorteilhaften Lei­ stungsbereich zu führen.

Eine elektrische Zusatzheizung auch der Brenngutkammer wird da­ bei in die Regelung dermaßen einbezogen, daß mit anlaufendem Verbrennungsvorgang diese Heizleistung reduziert wird, um elek­ trische Energie einzusparen und um eine übermäßig schnelle Zer­ setzung des Brennstoffes zu vermeiden, was in der Folge dazu führen könnte, daß keine ausreichende Menge an Verbrennungsluft zugeführt werden kann. Häufig arbeiten entsprechende Kleinver­ brennungsanlagen mit Naturzug und damit verbunden mit zusätzli­ chen Schwankungen im Kaminzug, die dann zu einer Beeinflussung des Luftdurchsatzes führen. Auch würde sich bei einer Freigabe großer Luftmengen die Gefahr ergeben, daß die für einen voll­ ständigen Ausbrand erforderliche Verweilzeit der Verbrennungs­ gase in einem hohen Temperaturbereich unterschritten wird.

Die festen Brennstoffe, mit denen Verbrennungsvorrichtungen und speziell Kleinfeuerungsanlagen beschickt werden, weisen häufig unterschiedliche Eigenschaften auf, welche die Verbrennung be­ treffen. Dazu kommt, daß die Freisetzung brennbarer Gase aus dem Brennstoff von der Temperatur abhängig ist, welcher der Brennstoff ausgesetzt ist. Eine einfache Berücksichtigung die­ ser Verhältnisse und Anpassung an die zumeist Schwankungen un­ terworfene Wärmeabnahme wird im Rahmen der Erfindung dadurch erreicht, daß die Zersetzung des Brennstoffs über die in die Brenngutkammer eingebrachte Luftmenge und/oder über die in den Brenngutraum eingebrachte elektrische Heizleistung geregelt wird.

Dem Fachmann ist es ohne weiteres verständlich, daß bei einem geeigneten Regelsystem die elektrische Beheizung zumindest der Nachverbrennungskammer nach dem Anheizen und dem Erreichen der Mindesttemperatur des aus der Verbrennungskammer austretenden Heißgases die elektrische Beheizung auch über stark schwankende Lastbereiche wesentlich eingeschränkt werden oder sogar ganz unterbleiben kann und erst wieder in der Ausbrandphase erfolgen muß, wobei Stillstandsphasen oder Verbrennungspausen mit einem minimalen Einsatz an elektrischer Energie überbrückt werden können. Durch die Verwendung von Mikroprozessoren läßt sich der Verbrennungsvorgang hinsichtlich des Energieverbrauchs, des Wirkungsgrads und des Bedienungskomforts, insbesondere aber auch hinsichtlich des Emissionsverhaltens vorteilhaft regeln.

Wird die erfindungsgemäße Verbrennungsvorrichtung durch eine automatische Beschickung ergänzt, die zweckmäßigerweise durch den Wärmebedarf gesteuert werden sollte, so lassen sich nicht nur der Bedienungskomfort sondern auch das Emissionsverhalten weiter verbessern. Die sonst bei Feststoffeuerungen, insbeson­ dere Holzfeuerungen, für einen guten thermischen Wirkungsgrad und geringe Emissionen empfohlenen Pufferspeicher können im allgemeinen entfallen, insbesondere dann, wenn eine ausrei­ chende Wärmeabnahme gesichert ist, ohne daß dadurch das Verhal­ ten der Verbrennungsvorrichtung die sonst bestehenden nachtei­ ligen Auswirkungen zeigt. Dadurch verringert sich der Platzbe­ darf und sinken die Investitionskosten. Die vorgesehene Überwa­ chung, Regelung und elektrische Beheizung macht allerdings den Anschluß an eine Stromquelle erforderlich.

Die elektrischen Heizkörper lassen sich vorteilhaft in die feu­ erfeste Auskleidung bzw. in die Wände der Nachverbrennungskam­ mer und ggf. der Brenngutkammer integrieren, so daß sie vor dem korrodierenden Einfluß der Rauchgase geschützt sind. Die Wärme­ kapazität der beheizten Wandflächen unterstützt dabei ein gün­ stiges Regelverhalten. Auch die zugehörigen Temperaturfühler können in den Wandflächen untergebracht werden. Ferner ist es vorteilhaft, wenn diese Wandflächen als leicht austauschbare Bauelemente ausgebildet sind.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß eine erfindungs­ gemäß durchgeführte Verbrennung auch bei kleinen Heizleistungen über große Lastbereiche extrem emissionsarm, ohne sichtbaren Rauch und sehr wirtschaftlich erfolgt, ohne daß an den Brenn­ stoff oder die Bedienung der Anlage besondere Anforderungen zu stellen sind. Dabei kann durch Betriebsanzeigen der jeweilige Betriebszustand sichtbar gemacht werden, und es können von der Steuerung entsprechende Hinweise für die Bedienung ausgegeben werden.

Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an­ hand einer schematischen Zeichnung näher erläutert: Es zeigen:

Fig. 1 eine Verbrennungsvorrichtung mit elektrischer Beheizung der Nachverbrennungskammer und geregelter Luftzufuhr jeweils zur Brenngutkammer und zur Nachverbrennungskam­ mer;

Fig. 2 eine Verbrennungsvorrichtung, bei der sowohl die Brenn­ gutkammer wie die Nachverbrennungskammer jeweils elek­ trisch beheizt und mit einer regelbaren Luftzuführung versehen sind; und

Fig. 3 eine Verbrennungsvorrichtung mit automatischer Beschic­ kung, bei der sowohl die Brenngutkammer wie die Nach­ verbrennungskammer beheizt sind, Verbrennungsluft aber nur der Nachverbrennungskammer zugeführt wird.

Die Verbrennungsvorrichtung gemäß Fig. 1 weist eine Brenngut­ kammer 1 und an diese anschließend eine Nachverbrennungskammer 2 auf, die innerhalb einer gemeinsamen mantelförmigen Isolie­ rung 3 angeordnet sind. Eine Beschickungstür 4 am Eingang der Brenngutkammer 1 ermöglicht das Einbringen des Brennstoffs. Als solcher ist in erster Linie Holz oder ein holzhaltiger Brenn­ stoff vorgesehen. In Betracht kommen jedoch auch andere feste und - bei entsprechender Ausbildung der Verbrennungsvorrichtung - auch flüssige Brennstoffe.

Die Nachverbrennungskammer 2 weist als auswechselbare Bauele­ mente gestaltete Kammerwände 5, 6 und 7 auf, in die jeweils mehrere elektrische Heizkörper 8 eingebaut sind. Dabei sind die Heizkörper einer jeden Kammerwand zu einer Heizkörpergruppe 9 bzw. 10 bzw. 11 mit einem eigenen Heizkreis zusammengefaßt, so daß drei voneinander unabhängige Heizkreise vorhanden sind.

An die Nachverbrennungskammer 2 schließt sich eine Übergangs­ zone 12 an, durch welche die heißen Verbrennungsgase der Wärme­ nutzung zugeführt werden. Dazu ist innerhalb eines Wärmetau­ schermantels 13 eine von einem Wärmeträger durchströmte Rohr­ schlange 14 angeordnet. Hier wird den zum Kamin 15 strömenden Heißgasen die Nutzwärme entzogen.

Für die Zuführung der Verbrennungsluft ist eine Gesamtluftlei­ tung 16 mit einer Regelklappe 17 vorgesehen, an die mit einer Regelverteilerklappe 18 eine in die Brenngutkammer 1 mündende Brennluftleitung 19 und eine in die Nachverbrennungskammer 2 mündende Leitung 20 für Nachverbrennungsluft angeschlossen sind. In der Nachverbrennungskammer 2 sind ferner ausgangssei­ tig der Fühler 21 eines Temperaturmeßgeräts 22 und der Fühler 23 eines Meßgeräts 24 für den freien Sauerstoffgehalt im nach­ verbrannten Heißgas angeordnet. Die Fühler 21 und 23 sind in Fig. 1 noch im Bereich der Nachverbrennungskammer eingezeich­ net, sie sind jedoch vorzugsweise ganz am Ende der Nachverbren­ nungskammer 2 und ggf. bereits in der Übergangszone 12 angeord­ net.

Der dargestellten Verbrennungsvorrichtung ist eine Steuerein­ heit 25 zugeordnet, die über eine Stromleitung 26 an das Stromnetz angeschlossen ist und von den Meßgeräten 22 und 24 über Signalleitungen 27 und 28 die aktuellen Daten über die Temperatur und den Sauerstoffgehalt des austretenden Heißgases erhält. Des weiteren erhält die Steuereinheit 25 über nur ange­ deutete Heizkreis-Signalleitungen 29, 30, 31 Mitteilung über die jeweiligen Temperaturen der Kammerwände 5, 6 und 7, wozu in diese nicht dargestellte Kammertemperaturfühler eingebaut sind, mit denen die Heizkreis-Signalleitungen 29, 30, 31 in Verbin­ dung stehen.

In ähnlicher Weise sind drei Heizkreis-Steuerleitungen 32, 33, 34 an die Steuereinheit 25 angeschlossen, die (nicht dargestellt) zu den drei Heizkörpergruppen 9 bzw. 10 bzw. 11 führen und deren Wärmeabgabe bestimmen. Des weiteren gehen von der Steuereinheit 25 Steuerleitungen 35 und 36 aus, über welche die Stellung der Regelklappe 17 und der Regelverteilerklappe 18 und damit die Zuführung der Brennluft in die Brenngutkammer 1 und der Nachverbrennungsluft in die Nachverbrennungskammer 2 in der gewünschten Weise beeinflußt werden kann.

Da in der vorangehenden Beschreibung bereits erläutert wurde, wie die Verbrennungsvorrichtung in Anpassung an die jeweiligen Gegebenheiten, insbesondere die unterschiedlichen Betriebszu­ stände beim Anheizen, im Teillastbetrieb, im Vollastbetrieb, beim Ausbrennen und in Verbrennungspausen gefahren bzw. gere­ gelt werden soll, kann hier davon abgesehen werden, alle auf­ tretenden Situationen und die dabei auftretenden Steuerfolgen zu beschreiben. Jedoch sei hervorgehoben, daß generell eine vollständige Nachverbrennung aller brennbaren Gase dadurch er­ reicht wird, daß die Kammerwände 5, 6, 7 auf hohe Temperaturen im Bereich von 1000° K - je nach den Gegebenheiten auch mehr oder weniger - gebracht und gehalten werden, was anfangs nur durch elektrische Beheizung und dann minder oder mehr durch die Verbrennungswärme geschieht. Dementsprechend wird die Nachver­ brennungskammner 2 zumindest vor und während der Anheizphase und normalerweise auch bei Teillast mittels der drei Heizkreise bzw. Heizkörpergruppen 9, 10 und 11 aufgeheizt, während im Vollastbetrieb weitgehend oder vollständig auf die elektrische Beheizung verzichtet werden kann, weil die Wärmeentwicklung durch den Verbrennungsvorgang (Verbrennungswärme) bereits für ausreichende Temperaturen in der Nachverbrennungskammer 2 bzw. im aus dieser austretenden Abluftstrom sorgt, was über die Heizkreis-Signalleitungen 29, 30 und 31 in die Steuerung ein­ geht und damit zu einer Reduktion der Aufnahme elektrischer En­ ergie führt.

Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt besteht darin, daß stets mit einer dem jeweiligen Betriebszustand angepaßten Luftzufuhr gearbeitet und ein unnötiger Luftüberschuß vermieden wird, wozu der jeweilige Gehalt an freiem Sauerstoff in den verbrannten Heißgasen über die Signalleitung 28 in das Steuersystem einge­ geben wird. Dabei kann die Luftzufuhr auch in der Weise zur Si­ cherung einer vollständigen Nachverbrennung eingesetzt werden, daß beispielsweise in der Anheizphase die Zufuhr von Brennluft in die Brenngutkammer 1 praktisch vollständig unterbunden und dadurch der Verbrennungsvorgang verzögert wird, bis die Kammer­ wände 5, 6 und 7 so weit aufgeheizt sind, daß eine vollständige Verbrennung bzw. Nachverbrennung der aus dem Brenngut freige­ setzten Gase und damit verbunden eine in bezug auf den Gehalt von unverbrannten Inhaltsstoffen optimierte Abgabe von Abluft durch den Kamin 15 an die Umwelt gesichert ist.

Der Fachmann weiß, wie ein entsprechendes Regelsystem mit mo­ derner Mikroprozessortechnik ausgestattet und unter Zugrundele­ gung eingegebener individueller Ausgangsdaten betrieben werden kann. Dabei kann es sehr sinnvoll sein, mit der Steuereinheit 25 eine Betriebsanzeige zu kombinieren, die Zustandsdaten und Betriebshinweise für eine ergänzende manuelle Bedienung gibt, bei dieser Verbrennungsvorrichtung insbesondere bezüglich der manuell vorzunehmenden Beschickung mit Brennstoff.

Die Verbrennungsvorrichtung gemäß Fig. 2 entspricht in vielem der bereits anhand von Fig. 1 beschriebenen Anlage. Sie ist mit einem Abhitzekessel 40 ausgestattet und weist eine Brenngutkam­ mer 41 sowie eine Nachverbrennungskammer 42 innerhalb einer Isolierung 43 auf. Neben einer Beschickungstür 44 zur Brenngut­ kammer ist auch eine Zugangstür 45 zur Nachverbrennungskammer 42 vorgesehen. Abweichend zur Ausführung gemäß Fig. 1 ist auch die Brenngutkammer 41 elektrisch beheizbar. Dementsprechend sind fünf Heizkörpergruppen 46 bis 50 mit elektrischen Heizkör­ pern 51 in fünf als separate Bauelemente ausgebildeten Kammer­ wänden 52 bis 56 angeordnet. Den fünf Heizkörpergruppen 46 bis 50 sind fünfinsgesamt mit 57 bezeichnete Heizkreis-Signallei­ tungen und fünfinsgesamt mit 58 bezeichnete Heizkreis-Steuer­ leitungen zugeordnet sind. Diese sind nur im an die Steuerein­ heit 59 angrenzenden Bereich dargestellt. Die Aufteilung in fünf Heizkreise ermöglicht eine voneinander unabhängige elek­ trische Beheizung der beiden Kammern 41 und 42 und darüber hin­ aus auch noch jeweils eine den Gegebenheiten angepaßte örtlich differenzierte Zufuhr der elektrischen Wärmeenergie.

In die Brenngutkammer 41 mündet eine Brennluftleitung 60 mit einer Regelklappe 61, während in die Nachverbrennungskammer 42 eine Leitung 62 mit einer Regelklappe 63 für Nachverbrennungs­ luft mündet. Hier sind also völlig voneinander getrennte Luft­ leitungen 60 und 62 vorgesehen, deren Regelklappen 61 und 63 über Steuerleitungen 64 bzw. 65 durch die Steuereinheit 59 ver­ stellt werden.

Auch hier sind im Heißgasstrom bzw. hinter der Nachverbren­ nungskammer zwei Fühler angeordnet, welche die Temperatur und den freien Sauerstoff betreffende Werte an das Temperaturmeßge­ rät 66 bzw. an das Meßgerät 67 für den Sauerstoffgehalt lie­ fern. Die Fühler sind im Übertrittsbereich des Heißgases zum Abhitzekessel 40 angeordnet. Die entsprechenden Werte werden über die Signalleitungen 68 und 69 an die Steuereinheit 59 übertragen.

Die Verbrennungsvorrichtung gemäß Fig. 3 entspricht in mancher Hinsicht der Ausführung gemäß Fig. 2. Dabei ist ein Abhitze­ kessel oder eine andere vorgesehene Wärmenutzung weggelassen worden. Der wesentliche Unterschied besteht darin, daß eine au­ tomatische Beschickung mit Brennstoff vorgesehen ist und keine Möglichkeit zur Zuführung von Brennluft in die Brenngutkammer besteht.

Gemäß Fig. 3 sind sowohl die Brenngutkammer 71 wie die Nach­ verbrennungskammer 72 elektrisch beheizt, wozu als Bauelemente ausgebildete Kammerwände 73 bis 78 mit elektrischen Heizkörpern 79 und dementsprechend Heizkörpergruppen 80 bis 85 vorgesehen sind. Diesen sind die mit der Steuereinheit 86 verbundenen Heizkreis-Signalleitungen 87 und die Heizkreis-Steuerleitungen 88 zugeordnet.

An die Steuereinheit 86 sind wie bei den Fig. 1 und 2 die Stromleitung 26 und eine Signalleitung 89 angeschlossen, die der Steuereinheit 86 den jeweiligen Wärmebedarf mitteilt. In gleicher Weise wie bei Fig. 2 erhält die Steuereinheit 86 über die Signalleitungen 68 und 69 Informationen über die Temperatur und den freien Sauerstoffgehalt im die Nachverbrennungskammer 72 verlassenden Heißgas.

Vor der Brenngutkammer 71 sind eine durch einen Deckel 90 ver­ schließbare Einfüllöffnung für den Brennstoff sowie eine sche­ matisch angedeutete Beschickungseinrichtung 92 mit einem An­ triebsmotor 93 vorgesehen, der über eine Steuerleitung 94 durch die Steuereinheit 86 gesteuert wird.

Verbrennungsluft wird nur über die Leitung 95 in die Nachver­ brennungskammer 72 eingeleitet - und zwar in Abhängigkeit von der Stellung der Regelklappe 96, die über die Steuerleitung 97 durch die Steuereinheit 86 verstellt wird. Die zusätzlich von der Steuereinheit 86 ausgehende Anzeigeleitung 98 kann zum Wär­ meverbraucher geführt sein, um eine Rückmeldung auf die Wär­ meanforderung durch die Signalleitung 89 zu geben und oder Be­ triebszustandsdaten der Verbrennungsvorrichtung anzuzeigen.

Die Verbrennungsvorrichtung gemäß Fig. 3 arbeitet besonders emissionsarm, weil die Wärmeenergie zum Entgasen bzw. Pyroly­ sieren des Brennstoffs in der Brenngutkammer 71 nur elektrisch erzeugt wird, das Brenngut also nicht von Verbrennungsluft durchströmt wird, was ein Mitreißen von Partikeln aus dem Brenngut begünstigen würde.

Verbrennungsvorrichtungen, wie in Fig. 1, 2 und 3 beispielhaft gezeigt, können mit automatischen Entaschungseinrichtungen aus­ gestattet und so für einen auch über große Zeiträume ununter­ brochenen Betrieb ausgelegt werden. Durch die Steuereinheit kann in Verbindung mit der Meßeinrichtung für die Austrittstem­ peratur der Abluft aus der Verbrennungsvorrichtung sicherge­ stellt werden, daß bei Brennstoffen mit hohem Heizwert eine obere Temperaturgrenze nicht überschritten wird, um so die Bil­ dung von thermischen Stickoxiden zu vermeiden.

Besonders vorteilhaft arbeitet die erfindungsgemäße Verbren­ nungsvorrichtung mit einem speziell in Form und/oder Verbren­ nungseigenschaften abgestimmten Brenngut, wie z. B. getrocknetes Holz, Preßholz (z. B. aus weitgehend getrockneten Holzspänen ge­ preßte Würfel oder Briketts) oder eine Brennstoffmischung, wie z. B. eine verdichtete Mischung aus getrockneten Holzspänen und Kohlepartikeln, die einer Beschickungsvorrichtung besonders an­ gepaßt ist.

Claims (18)

1. Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungsvorrichtung, ins­ besondere für feste Brennstoffe, bei dem der Brennstoff in einer Brenngutkammer (1, 41, 71) durch Wärmeeinwirkung un­ ter Abgabe von brennbaren Gasen zersetzt wird, die in einer in einem voreingestellten Temperaturbereich geregelt elek­ trisch beheizten Nachverbrennungskammer (2, 42, 72) mittels zugeführter Luft oxidiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachverbrennungsluft direkt in die Nachverbren­ nungskammer (2, 42, 72) eingeleitet und ihr Durchsatz in Abhängigkeit von der Temperatur und/oder dem freien Sauer­ stoffgehalt des nachverbrannten Heißgases geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem Brennluft direkt in die Brenngutkammer (1. 41, 71) eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Durchsatz an Brennluft in Ab­ hängigkeit von der Temperatur und/oder dem freien Sauer­ stoffgehalt des nachverbrannten Heißgases geregelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Brenngutkammer (1, 41, 71) in einem voreinge­ stellten Temperaturbereich geregelt elektrisch beheizt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff durch elektrisches Aufheizen der Brenngutkammer (1, 41, 71) unter Gasabgabe zersetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenngutkammer (1, 41, 71) erst dann elektrisch be­ heizt wird, wenn die Nachverbrennungskammer (2, 41, 72) be­ reits auf die Nenntemperatur oder eine vorgegebene Mindest­ temperatur aufgeheizt ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß während Verbrennungspausen die elektri­ sche Beheizung der Nachverbrennungskammer (2, 42, 72) und/oder ggf. der Brenngutkammer (1, 41, 71) entsprechend einem niedriger voreingestellten Temperaturbereich redu­ ziert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einsetzenden Verbrennungspausen die elektrische Beheizung der Nachverbrennungskammer (2, 42, 72) und/oder ggf. der Brenngutkammer (1, 41, 71) mit einem Nachlauf ganz abgeschaltet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenngutkammer (1, 41, 71) in An­ passung an den Wärmebedarf und/oder eine vorgegebene Wär­ meleistung geregelt mit dem Brennstoff beschickt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die der Nachverbrennungskammer (2, 42, 72) und/oder der Brenngutkammer (1, 41, 71) zugeführte Luft vorgewärmt wird, insbesondere mit Abwärme der Verbrennungs­ vorrichtung.

10. Verbrennungsvorrichtung zur Durchführung der Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 9, mit einer mit dem Brennstoff beschick­ baren Brenngutkammer (1, 41, 71), einer elektrisch beheiz­ baren Nachverbrennungskammer (2, 42, 72) und einer Luftzu­ führung, dadurch gekennzeichnet, daß in die Nachverbren­ nungskammer (2, 42, 72) eine Leitung (20, 62, 95) für Nach­ verbrennungsluft mit einer Regelklappe (17, 63, 96) mündet und daß eine Steuereinheit (25, 59, 86) vorgesehen ist, die über Signalleitungen (27, 28; 68, 69) mit am Ausgang oder hinter der Nachverbrennungskammer (2, 42, 72) angeordne­ ten, vom Heißgas beeinflußten Fühlern (21, 23) für die Tem­ peratur und/oder den freien Sauerstoffgehalt und über Heiz­ kreis-Signalleitungen mit der Elektroheizung (9, 10, 11; 48, 49, 50; 83, 84, 85) der Nachverbrennungskammer (2, 42, 72) zugeordneten Kammertemperaturfühlern sowie über Steuer­ leitungen (35, 65, 97) mit der Regelklappe (17, 63, 96) und über Heizkreis-Steuerleitungen (32, 33, 34; 58; 88) mit der Elektroheizung (9, 10, 11; 48, 49, 50; 83, 84, 85) verbun­ den ist.

11. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in die Brenngutkammer (1, 41) eine Brennluftleitung (19, 60) mit einer Regelklappe (18, 61) mündet, die über eine Steuerleitung (36, 64) mit der Steuereinheit (25, 59) verbunden ist.

12. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelklappe (17) für die Zufuhr der Gesamtluft und eine Regelverteilerklappe (18) für die Verteilung der Gesamtluft auf die Brenngutkammer (1) und die Nachverbrennungskammer (2) vorgesehen sind.

13. Verbrennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Brenngutkammer (41, 71) mit einer Elektroheizung (46, 47, 48; 80, 81, 82) ver­ sehen ist, die über eine Steuerleitung (58, 88) von der Steuereinheit (59, 86) gesteuert ist.

14. Verbrennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizkörper (8, 51, 79) der Elektroheizung (9, 10 11; 46 bis 50; 80 bis 85) in die Kam­ merwände (5, 6, 7; 52 bis 56; 73 bis 78) integriert sind.

15. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Kammertemperaturfühler in die Kammerwände (5, 6, 7; 52 bis 56; 73 bis 78) integriert sind.

16. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammerwände (5, 6, 7; 52 bis 56; 73 bis 78) mit den integrierten Heizkörpern (8, 51, 79) und ggf. integrierten Kammertemperaturfühlern auswechselbare Bauelemente sind.

17. Verbrennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenngutkammer (71) eine Beschickungseinrichtung (92) mit einem Antrieb (93) zuge­ ordnet ist, der über eine Steuerleitung (94) mit der Steuereinheit (86) verbunden ist.

18. Verbrennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer automatischen Entaschungseinrichtung ausgestattet ist.