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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung für die Verbrennung von granulösem, festem Brennstoff,
wie zum Beispiel Holzmehlpellets, Spänen oder ähnlichem, welche eine vorzugsweise
horizontale Verbrennungskammer, eine Spendiereinheit zum Einführen des
Brennstoffs in die Verbrennungskammer über ein Brennstoffzuführungsrohr,
Lufteinlässe
mit Gebläse
zur Zuführung
von Primärluft
(P) zu der Verbrennungskammer über
wenigstens einen Luftkanal oder eine Luftkammer, um einen Luftstrom durch
die Verbrennungskammer und den Brennstoff für eine primäre Verbrennung des Brennstoffes
zu Verbrennungsgasen zu erzeugen, und für die Zuführung von Sekundärluft (S)
in eine sekundäre
Verbrennungskammer über
einen Sekundärluftverteiler,
um eine sekundäre
Verbrennung der Verbrennungsgase zu erreichen, die in der primären Verbrennung
erzeugt wurden, und einen gemeinsamen Auslass für die Primärluft (P), die Verbrennungsgase
und die Sekundärluft
(S) von der sekundären
Verbrennungskammer in einen Kesselraum in einem Kessel zum Übertragen
der Wärme
von der primären
und der sekundären
Verbrennung zu dem Wärmeversorgungssystem
des Kessels aufweist.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin ein Verbrennungsverfahren, das eine
solche Verbrennungsanordnung umfasst.
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PROBLEM UND HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Verbrennungsanordnungen,
die nachfolgend auch als Brenner bezeichnet werden, für feste
Brennstoffe der oben genannten Art sind in verschiedenen Ausführungsbeispielen
bekannt. Gemeinsames Merkmal von Brennern ist, dass sie geeignet
zum Anbau an mehr oder weniger herkömmliche Kessel sind, die geeignet über ein
wasserbasiertes Wärmeversorgungssystem
mit den üblichen
Heizkörpern verfügen, entweder
als Ergänzung
oder als Alternative zu dem üblichen Ölbrenner.
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Einige
Beispiele dieser oder im Wesentlichen ähnlicher Brenner werden in
den Patentveröffentlichungen
WO 94/17331, WO 97/49951, SE-B-450 734 und GB-A-2 079 910 beschrieben,
in denen Brenner für
feste Brennstoffe gezeigt werden, die so an einen Kessel angebaut
sind, dass der vordere Abschnitt des Brenners durch das äußere Gehäuse des Kessels
in den Ofenraum eingeführt
wird. Die Brenner umfassen eine Verbrennungskammer, in der der feste
und der geeignete granulöse
Brennstoff zum Beispiel in Form von Pellets während des Einleitens der Verbrennungsluft
gedreht wird. Selbst größere Verbrennungsanlagen
für feste
Brennstoffe werden, zum Beispiel durch die schwedische Patentschrift SE-C-63
193, beschrieben, die einen Ofen speziell für die Verbrennung von kommunalen
Abfällen
zeigt. Die letztgenannte Verbrennungsanordnung umfasst weiterhin
einen drehbaren Zylinder, der als Brennstoffrost dient.
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Bei
einer solchen Verbrennungsanordnung wird der Brennstoff daher mit
einer gleichzeitigen Zuführung
von Verbrennungsluft, die den Sauerstoff enthält, der erforderlich ist, um
primäre
Verbrennung des Brennstoffes zu bewirken, gedreht. Die Brennstoffpellets
bestehen normalerweise aus etwa 10% Wasser und etwa aus 12% reinem
Kohlenstoff, während
der Rest der Pellets zu einem großen Teil aus verschiedenen
Kohlenwasserstoff verbindungen besteht. Der Inhalt der Pellets schwankt
jedoch stark. Während
der primären
Verbrennung werden einerseits heiße Verbrennungsgase sowie Asche
und andere Schlackeprodukte andererseits gebildet. Der größere Teil,
geschätzt
etwa 80% bis 90%, der Asche werden in dem Luftstrom durch den Brenner
als Flugasche mitgerissen, die außerhalb des Brenners und in
dem eigentlichen Kessel aus den Verbrennungsgasen ausgefällt wird.
Es ist wünschenswert,
dass 100 der gesamten Asche außerhalb
des Brenners ausgefällt
wird, was normalerweise eintritt, wenn der Schmelzpunkt der Asche
den Temperaturbereich übersteigt,
bei dem der Brenner arbeiten soll, zum Beispiel wenn der Schmelzpunkt
der Asche über
eine Betriebstemperatur steigt, normalerweise in der Größenordnung
von 1.100°C,
und wenn der Luftstrom ausreichend ist. Es hat sich jedoch als schwierig
erwiesen, vollständige
Verbrennung des Brennstoffes zu sekundären Verbrennungsgasen zu erreichen, das
heißt
einhundertprozentige Brennstoffvergasung zu erreichen. Bei Verbrennung
bei Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes der Asche wird die
ursprüngliche
leichte, pulverförmige
Asche in der Tat zu Teilen geschmolzenen, schwereren Materials umgewandelt,
das sogenannte Sintern, welche nicht ohne Weiteres mit den Verbrennungsgasen
aus dem Brenner hinaus mitgerissen werden. Bei der Verbrennung von
unsauberen Brennstoffen mit übermäßigen Konzentrationen
an gewissen Stoffen, die schlechte oder sich verschlechternde Verbrennungseigenschaften aufweisen,
tritt das Sintern auch bei niedrigeren Temperaturen als die genannten
1.100°C
auf, was das Problem des Sinterns weiter verschlimmert.
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Bei
den gegenwärtig
bekannten Brennern wird daher ein wesentlicher Teil des Sinters
unmittelbar in der eigentlichen Verbrennungskammer ausgefällt, so
dass eine Anhäufung
von A sche, nicht verbrannten Pellets und Sinterschlacke gebildet
wird, was die Lufteinlassöffnungen,
die für
den Luftstrom durch das Brennstoffbett in die Verbrennungsammer hinein
benötigt
werden, zusetzt. Die Zusetzung der Lufteinlassöffnungen bewirkt beeinträchtigte
und ungleichmäßige Verbrennung
des Brennstoffes, so dass mehr Luft zugeführt werden muss. Dies macht den
Brenner weniger wirksam, da die Verbrennungsgase verdünnt werden
und da die zugeführte
zusätzliche
Luft auch eine Kühlwirkung
hat. Die Ansammlung von Asche, Pellets und Schlacke nimmt rasch auf
eine größere Höhe zu, was
wiederum bedeuten kann, dass die Position des Brennstoffbettes zu
einer Position verschoben wird, die der Funktionsweise nicht dienlich
ist, wohingegen das Risiko des Rückbrandes
ebenfalls drastisch erhöht
wird, das heißt
die Mitte des Feuers wird zu dem Brennstoffzuführungsrohr hin und in dieses
hinein verschoben. Dies macht das Sintern technisch kompliziert
und darüber
hinaus gefährlich.
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Nichtdrehende
Verbrennungskammern verstärken
die oben genannten Probleme, da die statische Art der Verbrennungskammer
bedeutet, dass die Schlackebildung stets in dem gleichen Bereich der
Verbrennungskammer auftritt, und da der bei drehenden Verbrennungskammern
normalerweise durch ähnliche
Drehung automatisch durch schraubenförmige Austragflansche durchgeführte Austrag fehlt.
Stationäre
Verbrennungskammern erfordern daher häufigeres Reinigen oder eine
spezifisch angeordnete Reinigungsvorrichtung, wie zum Beispiel einen
Ascherechen. In zahlreichen Kesseln gibt es einen Behälter in
der Form eines Kastens in dem Kessel, in dem die Asche landet, da
der vordere Teil des Brenners in dem eigentlichen Kessel ineinandergeschachtelt
ist. Die Asche in dem Kasten wird entweder manuell entleert oder
durch Abziehen der Asche mittels einer Absaug vorrichtung. Der Aschekasten
kann relativ groß sein.
Daher kann er relativ selten geleert werden, ohne dass dies Schwierigkeiten
verursacht.
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Bei
drehenden Verbrennungskammern wird die Ansammlung von Asche und
Sinterschlacke daher von dem Brenner mittels ähnlich rotierender Austragflansche
zu dem Auslass zugeführt.
Die Ansammlung enthält
auch unverbrannte Pellets und andere feste, noch nicht vollständig verbrannte
Produkte, die jedoch noch einen wesentlichen Energiegehalt aufweisen.
Um den Energiegehalt dieser Produkte auszunutzen, ist die Verbrennungskammer
daher oft mit einem konvexen Längsabschnitt
ausgelegt, indem die Wände
der Verbrennungskammer so ausgelegt sind, dass sie zu dem vorderen,
offenen Ende des Brenners hin auseinanderlaufen. Alternativ dazu kann
der Brenner mit einem oder mit mehreren Endflanschen ausgerüstet sein,
die verhindern, dass die genannten Produkte unverbrannt durch den
Brenner hindurchgehen. Die Patentveröffentlichung WO 97/49951 zeigt
zum Beispiel einen Brenner mit einem Innenkantenflansch, der die
Auslassöffnung
der Verbrennungskammer zu einer sekundären Verbrennungskammer, die
unmittelbar außerhalb
dieser Verbrennungskammer angeordnet ist, teilweise verschließt, und
mit einem äußeren ringförmigen Kantenflansch,
der die Auslassöffnung
der sekundären Verbrennungskammer
verschließt.
Um Verbrennung der Restprodukte in der sekundären Verbrennungskammer zu erzielen,
sind sekundäre
Lufteinlassöffnungen
für Sekundärluft in
dem Innenkantenflansch angeordnet.
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Da
die teilweise verschlossene Ausführung des
Brenners nicht nur verhindert, dass unverbrannte Restprodukte durch
den Brenner hindurchgehen, sondern auch den Fluss von Flugasche
aus der Verbrennungskammer behindert, besteht eine größere Gefahr, dass
Schlackeprodukte in der Verbrennungskammer und der sekundären Verbrennungskammer bei übermäßig hohen
Verbrennungstemperaturen gebildet werden. Die sekundäre Verbrennungskammer
weist darüber
hinaus überhaupt
keine Austragflansche auf.
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Es
wird daher erkennbar sein, dass ein Problem für Brenner für feste Brennstoffe in der
Bildung von Sinter in der eigentlichen Verbrennungskammer und gegebenenfalls
in einer sekundären
Verbrennungskammer besteht. Es wird weiterhin erkennbar sein, dass
bei Verbrennungsanordnungen mit nicht drehender Verbrennungskammer
mit einem konvexen Längsabschnitt
oder einer Auslassöffnung
für die Verbrennungsgase,
die kleiner ist als die Verbrennungskammer und/oder die sekundäre Verbrennungskammer
selbst, die oben genannten Probleme beachtlich verstärkt werden.
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Es
besteht demzufolge ein Wunsch, dass der Brenner über einen längeren Zeitraum ohne besondere
manuelle oder automatische Reinigungsmaßnahmen für den Brenner arbeitet. Anstelle
dessen müssen
Maßnahmen
in der Auslegung des Brenners ergriffen werden, um das Sintern zu
beseitigen oder wenigstens zu reduzieren oder um das Sintern der Asche
in einem sicheren Abstand außerhalb
des Brenners eintreten zu lassen. Die alleinige Erhöhung des
Luftstromes mittels eines größeren Gebläses zum
Beispiel, um die Asche wegzublasen, kann unerwünschte Wirkungen auf den Brennstoffverbrauch, die
Wirksamkeit und die Temperatur haben, die erforderlich sind, um
optimale Betriebskosten zu erzielen.
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Ein
weiteres Problem besteht darin, dass der Brenner sowie in dem Fall
eines drehenden Brenners sein Lager durch übermäßig hohe Temperaturen beschädigt werden
kann oder können.
Die Pa tentschrift GB-A-2 079 910 zeigt dieses Problem auf und sagt aus,
dass der in dieser Patentschrift gezeigte doppelwandige Brenner
zwei Zwecke erfüllt;
erstens die Zuführung
von Luft zu der Verbrennungskammer und zweitens die Bereitstellung
von Wärmedämmung, das
heißt
Luftkühlen
der Brennstoffkammer-Lager. Die Patentschrift lässt sekundäre Verbrennungskammern aus.
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In
dem Fall vorhandener Brennerausführungen
muss umfangreiche und zeitaufwändige
Arbeit durchgeführt
werden, um eine Verbrennungskammer oder eine sekundäre Verbrennungskammer,
die durchgebrannt ist, auszutauschen oder instand zu setzen. Als
Hauptursache dafür,
dass die Innenwände
der Verbrennungskammern und der sekundären Verbrennungskammern verformt
werden und Löcher aufweisen,
wird der Umstand angenommen, dass der durch das Verbrennen der Verbrennungsgase
erzeugte Flammenstrahl und die von dem Gebläse zugeführte Luft in einem zu kurzen
Abstand von den Seitenwänden
auftreten. Daher besteht der Wunsch, den Mittelpunkt der Verbrennung
und somit das „Volumen" des Flammenstrahles,
das heißt
die axiale und die radiale Temperaturverteilung des Flammenstrahls,
von dem Mittelpunkt weg zu verschieben oder definierbar zu begrenzen.
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Es
wird natürlich
erkennbar sein, dass selbst ein solcher Brenner, das heißt ein Brenner
mit einem Flammenstrahl, der in der oben genannten Art und Weise
kontrolliert werden kann, eine begrenzte Lebensdauer aufweist, wonach
die Verbrennungsanordnung demontiert werden muss, so dass Verbrennungsteile
der Verbrennungsanordnung, einschließlich wenigstens der Verbrennungskammer,
ausgetauscht werden müssen.
Ein solcher Austausch ist kostspielig und zeitaufwändig, da
neue Teile noch immer nicht hinreichend wirksam installiert werden
können
und da die ausgetauschten Teile bei bekannten Ausführungen
einen unnötig
großen
Teil der Verbrennungsanordnung ausmachen.
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ZIEL UND MERKMALE
DER ERFINDUNG
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Anordnung für die Verbrennung
von granulösem,
festem Brennstoff bereitzustellen, wobei die Anordnung die oben
genannten Probleme wesentlich reduziert oder vollständig eliminiert,
wodurch es möglich
ist, günstige
Wirkungen des Brenners für feste
Brennstoffe besser als bisher zu nutzen, während gleichzeitig die Ausführung des
Brenners vereinfacht wird, wodurch er billiger in der Herstellung und
wesentlich einfacher zu reinigen und zu warten sein wird.
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In
der Verbrennungsanordnung umfasst der Sekundärluftverteiler weiterhin ein
Gebläse
zum Erzeugen eines Luft- und Verbrennungsgaswirbels in der sekundären Verbrennungskammer
und darüber hinaus
durch den Auslass zu dem Kesselraum.
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Gemäß weiteren
Aspekten einer erfindungsgemäßen Anordnung:
- – umfasst
die Verbrennungsanordnung weiterhin einen Antriebsmotor für kontinuierliche
oder unterbrochene Drehung des Gebläses.
- – ist
der Antriebsmotor auch ausgelegt, um die Verbrennungskammer und
die sekundäre
Verbrennungskammer zu drehen.
- – sind
das Brennstoffzuführungsrohr,
die Verbrennungskammer, die vorhandenen Lufteinlässe und die Luftkammern konzentrisch
in Bezug zueinander mit einer gemeinsamen Achse angeordnet.
- – umfasst
das Gebläse
eine Vielzahl von Lüfterflügeln, die
in dem Sekundärluftverteiler
angeordnet sind.
- – sind
die Lüfterflügel um den
Umfang des Sekundärluftverteilers
herum angeordnet.
- – weisen
die Lüfterflügel einen
spezifischen axialen und/oder radialen Winkel zu der Ebene entlang
der Rotationsachse auf.
- – umfasst
die Verbrennungsanordnung separate Luftkanäle oder Luftkammern für die Primärluft (P) und
die Sekundärluft
(S).
- – weist
wenigstens die Verbrennungskammer einen Innenquerschnitt auf, der
polygonal ist und/oder mit Längs-
oder Schraubenflügeln
zum Umwälzen
des Brennstoffes versehen ist, wenn sch die Verbrennungskammer dreht.
- – umfasst
die Verbrennungsanordnung zwei kreisförmige zylindrische Trommeln,
die konzentrisch in Tandemanordnung an der Außenseite des Lufteinlassrohres,
der Luftkanäle
beziehungsweise der Luftkammer angeordnet sind, um ein äußeres Lufteinlassrohr
und äußere Luftkanäle oder
eine Luftkammer zum Zuführen
von Sekundärluft
(S) zu der sekundären
Verbrennungskammer über den
Sekundärluftverteiler
auszubilden, wohingegen nur Primärluft
(P) über
das Lufteinlassrohr und die Luftkanäle oder die Luftkammer zu der Verbrennungskammer
zugeführt
wird.
- – umfasst
der Sekundärluftverteiler
einen Innenkantenflansch und einen äußeren Kantenflansch, wobei
der Innenkantenflansch und die innere Grenzwand der Verbrennungskammer
beziehungsweise der äußere Kantenflansch
und die Außenwand
des Verbrennungsteiles in einem bestimmten Winkel α, β zueinander
zwischen etwa 90° und
180°, vorzugsweise
zwischen etwa 90° und
135°, angeordnet
sind, und wobei die Winkel α, β in Bezug
zueinander von unterschiedlicher Größe sein können.
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Bei
dem Verbrennungsverfahren, das eine Verbrennungsanordnung umfasst,
erzeugt das Gebläse
einen nach außen
gerichteten Luft- und Verbrennungsgaswirbel, der einen wesentlichen
Teil der sekundären
Verbrennung (S) und die Mitte der sekundären Verbrennung zu einem spezifischen
Abstand von dem Verbrennungskammerauslass und vorzugsweise außerhalb
und in einem Abstand von dem Verbrennungsteil der Verbrennungsanordnung verschiebt.
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Gemäß weiteren
Aspekten eines erfindungsgemäßen Verfahrens:
- – bläst der nach
außen
gerichtete Luft- und Verbrennungsgaswirbel, der von dem Gebläse erzeugt
wird, feste und gasförmige
Verbrennungsprodukte aus der Verbrennungskammer und der sekundären Verbrennungskammer
mit gleichzeitiger sekundärer
Verbrennung der genannten Produkte, und da ein wesentlicher Teil
der sekundären
Verbrennung dabei außerhalb
der Verbrennungsanordnung stattfindet, wird der heißeste Teil des
Feuers von der Verbrennungskammer weg und von den Wänden der
sekundären
Verbrennungskammer weg verschoben, so dass diese einer niedrigeren
Temperatur ausgesetzt werden und die in dem heißesten Teil des Feuers gebildeten
Schlackeprodukte außerhalb
der Verbrennungsanordnung ausgefällt
werden und in den Kesselraum des Kessels hinunterfallen. Um das Feuer
von den Wänden
des sekundären
Brenners weg zu verschieben, wird die Sekundärluft radial nach innen gerichtet.
- – wird
ein Luft- und Verbrennungsgaswirbel eines definierbaren axialen
Umfangs, Durchmessers, Temperatur, Umlaufgeschwindigkeit und Wärmeinhalts
mittels des Lüfters
und Gebläses
erzeugt.
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VORTEILE DER ERFINDUNG:
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Die
erfindungsgemäße Verbrennungsanordnung
gewährleistet,
dass alle unverbrannten Brennstoffrückstände zusammen mit den durch
die primäre Verbrennung
in der Verbrennungskammer gebildeten Verbrennungsgasen aus der Verbrennungskammer in
die sekundäre
Verbrennungskammer hinein ausgetragen werden, von wo diese Rückstände und Gase
sehr kraftvoll aus der Verbrennungsanordnung und hinüber zu dem
Kesselraum des Kessels ausgeblasen werden. Gleichzeitig mit diesem
geblasenen Austrag werden die genannten Rückstände auch sehr wirksam zu weiteren
Verbrennungsgasen und Flugasche in der sekundären Verbrennungskammer und
in dem Flammenstrahl, der auch als Zyklon bezeichnet wird, der dort
erzeugt wird, vergast. Die Flugasche und die Schlackeprodukte, die
normalerweise in dem heißesten
Teil des Feuers gebildet werden, fallen in den Kessel-Aschebehälter hinein,
wodurch verhindert wird, dass die bei der Verbrennung gebildete
Flugasche in dem eigentlichen Brenner zu Sinterabscheidungen umgewandelt
wird. Aufgrund des Zykloneneffekts findet der größte Teil der sekundären Verbrennung
daher außerhalb
des Brenners und in einer Entfernung von den Wänden der sekundären Verbrennungskammer
statt, so dass diese einer niedrigeren Temperatur ausgesetzt ist,
wodurch unerwartetem Schaden und zusätzlichem Verschleiß entgegengewirkt
wird. Die erfindungsgemäße Verbrennungsanordnung
ist eine einfache Ausführung, die
wenige Teile aufweist. Der Brenner soll vorrangig einen Ölbrenner
in einem herkömmlichen Ölheizkessel
ersetzen.
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Die
erfindungsgemäße Verbrennungsanordnung
ist klein, leicht zu beherrschen und sehr wirksam, wodurch der Brenner
sowohl kostengünstig
in der Herstellung als auch sehr betriebssicher wird. Die Gefahr
von Rückbrand
wird ebenfalls praktisch ausgeräumt.
Gemäß bestimmten
Aspekten der Erfindung erhält
man weiterhin eine Verbrennungsanordnung, die leichter und weitaus
kostengünstiger
in Betrieb und Instandsetzung ist. Die physischen Merkmale des Flammenstrahles,
wie zum Beispiel sein axiales und radiales Ausmaß (Volumen), seine Position
und Richtung sowie seine Temperaturverteilung innerhalb des Volumens
können
durch die Auslegung des Sekundärluftverteilers
vorbestimmt werden.
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BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird unten unter Bezugnahme auf die anhängenden
Zeichnungen ausführlicher
beschrieben.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen:
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1 ist
ein schematischer Querschnitt durch Teile einer Anordnung für die Verbrennung
von granulösem,
festem Brennstoff gemäß der vorliegenden
Erfindung, wobei die Verbrennungsanordnung an einem herkömmlichen
Kessel angebaut ist.
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2 ist
ein schematischer Querschnitt in einem größeren Maßstab und zeigt ausgewählte Teile eines
ersten Ausführungsbeispiels
der Verbrennungsanordnung gemäß 1,
wobei die Teile insbesondere aus der Verbrennungskammer, dem Lufteinlass,
dem Sekundärluftverteiler,
der sekundären Verbrennungskammer
und einem Vorderteil eines Brennstoffzuführungsrohres, das Bestandteil
einer Brennstoff-Spendereinheit ist, bestehen.
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3 ist
ein schematischer Querschnitt in einem größeren Maßstab von ausgewählten Teilen
eines zweiten Ausführungsbeispiels
der Verbrennungsanordnung gemäß 1,
wobei das zweite Ausführungsbeispiel
separate Luftkanäle
für Primärluft (P)
und für
Sekundärluft
(S) umfasst.
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Die 4a–c
zeigen schematische perspektivische Ansichten von ausgewählten Teilen
der Verbrennungsanordnung gemäß den 1 bis 3.
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5 zeigt
ausgewählte
Teile eines dritten Ausführungsbeispiels
der Verbrennungsanordnung gemäß 1 in
einem schematischen Querschnitt, wobei das dritte Ausführungsbeispiel
einen Sekundärluftverteiler
umfasst, der in einem bestimmten Winkel zu der Verbrennungskammer
angeordnet ist, und in dem die Einbauteile der Verbrennungskammer so
angeordnet sind, dass sie ausgebaut werden können, um die Wartung und Instandhaltung
der Verbrennungsanordnung zu ermöglichen. 5 zeigt weiterhin
zwei eingekreiste Details, die Befestigungsmittel enthalten, die
in der untenstehenden Beschreibung ausführlicher beschrieben werden.
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6 ist
ein schematischer Querschnitt entsprechend 1 und zeigt
ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Unter
Bezugnahme auf 1 wird ein schematischer Querschnitt
durch Teile einer Anordnung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung
für die
Verbrennung von granulösem,
festem Brenn stoff gezeigt, wobei die Anordnung 1 an einem
herkömmlichen
Kessel 2 angebracht ist, um zum Beispiel ein Gebäude (nicht gezeigt)
zu heizen. Der granulöse,
feste Brennstoff besteht zum Beispiel aus gepressten Holzmehlpellets
oder Briketts, Spänen
oder ähnlichem
Material mit einem geeigneten Durchmesser von etwa 6 bis 12 mm.
Die Verbrennungsanordnung 1 umfasst weiterhin eine Spendereinheit 3 und
einen kleineren Brennstoffspeicher 4, der in die eigentliche
Spendereinheit 3 integriert ist, wobei der kleinere Brennstoffspeicher 4 entweder
manuell aufgefüllt
werden kann, was normalerweise einige Male pro Woche erfolgt, oder
er kann automatisch (nicht gezeigt) über wenigstens einen Brennstoffförderer von
einem von der Spendereinheit 3 getrennten Brennstoffspeicher,
der geeignet in einem Abstand von der Spendereinheit 3 angeordnet
ist, aufgefüllt
werden. Um eine gleichmäßige Zuführung des
fraglichen Brennstoffes zu erzielen und um zu verhindern, dass der
Brennstoff eine Ansammlung von Brennstoff bildet, die weiteres Zuführen des
Brennstoffes verhindert, weist der kleinere Brennstoffspeicher 4 geeignet
etwas schräge
Grenzflächen 5 auf,
die einen Trichtermund 6 an dem Boden bilden, wobei weiterhin
ein Schneckenförderer 7 an
dem Trichtermund 6 angeordnet ist. Die Spendereinheit 3 umfasst
einen Motor 8 mit Getriebe zum Antreiben des Schneckenförderers 7,
der in einem im Wesentlichen horizontalen, geeignet starren Zuführungsrohr 9 drehbar
angeordnet ist, um den Brennstoff automatisch über den Trichtermund 6 des Brennstoffspeichers 4 und
weiter nach unten über
ein geeignet vertikales oder im Wesentlichen vertikal schräges starres
Fallrohr oder einen Fallschlauch 10 zu einer im Wesentlichen
horizontal angeordneten Brennstoffzuführungsvorrichtung 11 in
der Verbrennungsanordnung 1 auszutragen. Der Kessel 2 umfasst
weiterhin ein wasserbasiertes Wärmeversorgungssystem
(nicht ausführlicher
gezeigt), wie zum Beispiel ein wasserba siertes mit Heizkörpern versehenes
Kreislaufsystem, das in dem Kessel 2 angeordnete wassergekühlte Flächen aufweist.
In den in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Verbrennungsanordnung 1 im
Wesentlichen horizontal angeordnet, jedoch kann die Verbrennungsanordnung 1 in
anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispielen
anstelle dessen mit einer bestimmten vertikalen Neigung in Bezug
zu dem Kesselraum 12 des Kessels angeordnet sein.
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Die
Brennstoffzuführungsvorrichtung 11 umfasst
weiterhin einen Schneckenförderer 13 mit
Antriebsmotor 14, wobei der Schneckenförderer 13 drehbar
in einem Brennstoffzuführungsrohr 15 angeordnet
ist, um den Brennstoff von dem Fallrohr oder dem Fallschlauch 10 der
Spendereinheit 3 und weiter in eine Verbrennungskammer 16,
die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
im Wesentlichen horizontal angeordnet ist, automatisch auszugeben.
Das Brennstoffzuführungsrohr 15,
das in das Rotationszentrum der Verbrennungskammer 16 mündet, hat einen
kreisförmigen
Querschnitt und fungiert weiterhin als Rotationsachse der drehenden
Teile der Verbrennungsanordnung 1. Ein Antriebsmotor 17 zum Drehen
dieser Teile wird schematisch in 1 gezeigt.
Der Umstand, dass das Brennstoffzuführungsrohr 15 in das
Rotationszentrum der Verbrennungskammer 16 mündet, bedeutet,
dass Brennstoff zentral zugeführt
wird. Luft kann dann radial außerhalb des
Brennstoffzuführungsrohres 15 zugeführt werden.
Die zentrale Brennstoffzuführung
bedeutet, dass Brennstoff in einem Abstand von der Verbrennungskammer 16 zugeführt werden
kann. Brennstoff kann dabei zu einem vergleichsweise kalten Punkt zugeführt werden.
Dies reduziert zum Beispiel das Risiko von Rücklaufleckage aufgrund des
Umstandes, dass Dichtungen bei hohen Temperaturen nicht dicht bleiben.
Dies ist ein Vorteil einer zentralen Zuführung im Ver gleich zu peripherer
Zuführung
von Brennstoff zu der Verbrennungskammer 16.
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Die
Verbrennungsanordnung 1 umfasst weiterhin wenigstens ein
Gebläse 18 mit
wenigstens einem Luftauslass 19, 20 zur Zuführung von
Luft zu dem Verbrennungsteil 21 der Verbrennungsanordnung 1,
die in dem Kesselraum 12 des Kessels 2 angeordnet
ist, über
ein Lufteinlassrohr oder mehrere Lufteinlassrohre 22, 23 und
von den Lufteinlassrohren 22, 23 weiter über eine
Vielzahl von im Wesentlichen gestreckten Luftkanälen, im Wesentlichen getrennt
von einander und parallel zueinander, oder über oder mehrere Luftkammern 24, 25,
die im Wesentlichen das Brennstoffzuführungsrohr 15 und
die Verbrennungskammer 16 umgeben, um Primärluft (P)
zu der Verbrennungskammer 16 zuzuführen und um Sekundärluft (S)
zu einer sekundären
Verbrennungskammer 26, die hinter der Verbrennungskammer 16,
das heißt
am weitesten entfernt von dem Verbrennungsteil 21 der Verbrennungsanordnung 1,
angeordnet ist, siehe 2 und 3, über einen
Sekundärluftverteiler 26A,
der die Verbrennungskammer 16 von der sekundären Verbrennungskammer 26 trennt,
zuzuführen.
Die Primärluft
(P) ist für
eine primäre
Verbrennung des Brennstoffes zu Verbrennungsgasen und für Zuführung dieser
Gase und von dabei entstehender Flugasche von der Verbrennungskammer 16 zu
der sekundären
Verbrennungskammer 26 über
einen Auslass 27, der durch den Sekundärluftverteiler 26A zwischen
den beiden Kammern 16, 26 angeordnet ist, vorgesehen.
Die Sekundärluft
(S) ist für
eine sekundäre
Verbrennung der Verbrennungsgase und zum Zuführen der Verbrennungsgase weiter
in den Kesselraum 12 des Kessels 2 hinein vorgesehen,
um die Verbrennungswärme
zu dem Wärmeversorgungssystem
des Kessels 2 zu übertragen
und um die Flugasche und andere Restprodukte, die aus dem Verbrennungsteil 21 übrig bleiben,
auszutragen. Der Sekundärluftver teiler 26A ist ausgelegt,
um die Sekundärluft
radial nach innen zu blasen, so dass das Feuer in der sekundären Verbrennungskammer 26 in
einem Abstand von der Wand der sekundären Verbrennungskammer 26 konzentriert
und angeordnet wird.
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Die
Verbindung 28, siehe 1, zwischen dem
Fallrohr oder dem Fallschlauch 10 und dem Brennstoffzuführungsrohr 15 sowie
die Verbindung 29 zwischen den Luftauslassrohren 19, 20 des
Gebläses 18 und
den Lufteinlassrohren 22, 23 der Verbrennungsanordnung 1 sind
auf eine für
die Verbrennungsanordnungen 1 geeignete Weise angeordnet, wie
in den Figuren nicht weiter gezeigt wird. Zum Beispiel können das
fragliche Brennstoffzuführungsrohr und
Lufteinlassrohr 15, 22, 23 an den Verbindungen 28, 29 eine
Vielzahl von Öffnungen
(nicht gezeigt) aufweisen, die um den Umfang der Rohre 15, 22, 23 herum
angeordnet sind, um den Brennstoff oder die Luft hindurchzuleiten,
wohingegen die Verbindungen 28, 29 selbst jeweils
aus einer Vorrichtung (nicht im Detail gezeigt) bestehen, die ein
jedes Rohr 15, 22, 23 mit einer Verbindungsöffnung zu
den Verbindungsenden des Fallrohres oder des Fallschlauches 10 beziehungsweise
der Luftauslassrohre 19, 20 umgibt.
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Das
Gebläse 18,
das in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel
in der Nähe
des Kessels 2 an der Verbrennungsanordnung 1 angebracht
ist, kann natürlich
ebenso in dem hinteren Teil 30 der Verbrennungsanordnung 1,
das heißt
in einem größeren Abstand
von dem Kessel 2, angeordnet werden. Das Gebläse 18 verfügt in geeigneter
Weise über
einen betriebsleisen und drehzahlgeregelten Motor 31 mit
eingebautem Wärmekontakt,
der bei Überlast öffnet.
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Die
in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiele
des Verbrennungsteiles 21 der Verbrennungsanordnung 1 werden
unten ausführlicher
beschrieben werden. Zu bestimmten Teilen siehe auch die 4a–c.
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In
dem ersten Ausführungsbeispiel,
siehe 2, umfasst das Verbrennungsteil 21 der
Verbrennungsanordnung 1 die Verbrennungskammer 16, den
Sekundärluftverteiler 26A,
die sekundäre
Verbrennungskammer 26, das Brennstoffzuführungsrohr 15 mit
Schneckenförderer 13,
nur ein gemeinsames Lufteinlassrohr 22 sowohl für Primärluft (P)
als auch für
Sekundärluft
(S), wobei das Lufteinlassrohr 22 das Brennstoffzuführungsrohr 15 umgibt,
sowie nur eine, das heißt
eine gemeinsame, Kammer 24, die die Verbrennungskammer 16 umgibt,
zum Zuführen der
Sekundärluft
(S) über
den Sekundärluftverteiler 26A zu
der sekundären
Verbrennungskammer 26, am weitesten entfernt von der Verbrennungsanordnung 1.
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Das
Brennstoffzuführungsrohr 15,
die Verbrennungskammer 16, die sekundäre Verbrennungskammer 26,
das Lufteinlassrohr 22 und die Luftkammer 24 weisen
vorzugsweise einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf, siehe 4, und die Teile 15, 16, 22, 24 sind
alle konzentrisch in Bezug zueinander angeordnet und haben eine
gemeinsame Rotationsachse 33. In dem in 2 gezeigten
Ausführungsbeispiel
ist das Verbrennungsteil 21 daher als zwei kreiszylindrische
und doppelwandige Trommeln ausgelegt, die vorzugsweise aus sogenannten Schutzrohren
bestehen, die in Reihe entlang der gemeinsamen Rotationsachse 33 angeordnet
sind und die die Teile 15, 16, 22, 24 bilden,
sowie aus der einwandigen sekundären
Verbrennungskammer 26, die außen und ausgehend von der Luftkammer 24 befestigt
ist. Wenigstens die Verbrennungskammer 16 kann je doch einen
Innenquerschnitt aufweisen, der polygonal ist, und/oder mit Längsflügeln oder Schraubenflügeln (nicht
gezeigt) versehen sein, um den Brennstoff umzuwälzen, wenn sich die Verbrennungskammer 16 dreht.
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Die
doppelwandigen Trommeln 15, 16, 22, 24 des
Verbrennungsteiles 21 umfassen luftdichte Außenwände 34, 35, 36, 37 und
innere Grenzwände 38, 39, 40, 41,
die in einem bestimmten Abstand von den Außenwänden 34, 35, 36, 37 angeordnet
sind, um einen durchgehenden Raum zwischen diesen im Wesentlichen über die
gesamte Länge
der Verbrennungsanordnung 1 bis zu der sekundären Verbrennungskammer 26 zu
bilden. Daher bilden die Wände 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41 in 2 von
links nach rechts zusammen das rohrförmige Lufteinlassrohr 22 auf
der Außenseite
des Brennstoffzuführungsrohres 15,
einen doppelwandigen, radial kreisförmigen Raum 42, der
um das Brennstoffzuführungsrohr 15 herum
angeordnet ist und einen ersten Teil der Luftkammer 24 bildet,
wobei sich der Raum 42 von dem Lufteinlassrohr 22 radial
nach außen
erstreckt und wobei der Raum 42 an das Rohr 22 anschließt, um gleichmäßige Verteilung
der Verbrennungsluft entlang der gesamten Rückwand 39 der Verbrennungskammer 16 zu
erreichen, den doppelwandigen, kreiszylindrischen zweiten Teil der
Luftkammer 24, der die zylindrische Verbrennungskammer 16 umgibt,
und schließlich
den Sekundärluftverteiler 26A,
der ausgelegt ist, um Sekundärluft
radial nach innen zu blasen. Eine oder mehrere oder alle inneren
Grenzwände 39, 40, 41 der
Verrennungskammer weist/weisen eine Vielzahl von gleichmäßig verteilten
Perforationen auf, die Lufteinlassöffnungen 43 für Durchströmen von Primärluft (P)
ausbilden.
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Der
untere Teil der Verbrennungskammer 16 stellt einen drehbaren
Ofenraum 44 für
primäre
Verbrennung, das heißt
für die
Vergasung des Brennstoffes, bereit, wobei ein Brennstoffbett 45 mit
unterbrochener oder kontinuierlicher Luftdurchströmung 46 auf
dem Ofenraum aufliegt. Der Auslass 27 der Verbrennungskammer
16 zum Austragen der Verbrennungsgase durch den Sekundärluftverteiler 26A in
die sekundäre
Verbrennungskammer 26 hinein bildet weiterhin einen Auslass
für entstehende
Flugasche. In einer drehenden Verbrennungskammer 16 mit
Austragflanschen (nicht gezeigt) wird die mögliche, jedoch sehr unerwünschte,
Ansammlung von Asche und Sinterschlacke ebenfalls zu dem Auslass 27 der
Verbrennungskammer 16 und weiter über den Sekundärluftverteiler 26A in
die sekundäre
Verbrennungskammer 26 hinein zugeführt. Die Ansammlung enthält feste
Verbrennungsprodukte, die noch nicht vollständig verbrannt sind, und möglicherweise
ebenfalls eine kleinere Menge an unverbranntem Brennstoff.
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Um
auch den Energiegehalt dieser Produkte zu nutzen, ist die Verbrennungskammer 16 mit
einem ringförmigen
Kantenflansch versehen, das heißt
mit der inneren, vorderen Grenzwand 41, wodurch verhindert
wird, dass die genannten Produkte, oder wenigstens die größeren und
schwereren derselben mit einem hohen Energiegehalt, unverbrannt
durch die Verbrennungskammer 16 hindurchgehen. Dieser innere
Kantenflansch 41 verschließt die Auslassöffnung 27 der
Verbrennungskammer 16 nur teilweise, jedoch so, dass eine
kleinere Menge in den Sekundärluftverteiler 26A hinein
geht. Dieser hat einen äußeren Kantenflansch
(das heißt,
die äußere Vorderwand 37),
die die Auslassöffnung 47A des
Sekundärluftverteilers 26A zu
der sekundären
Verbrennungskammer 26 teilweise verschließt. In den
gezeigten Ausführungsbeispielen,
siehe 2 und 3, sind die inneren und die äußeren Kantenflansche 41, 37 in einem
Winkel von 90° zu
der inneren Grenzwand 40 und der Außenwand 36 (in 5 als α, β gezeigt)
angeordnet. Die Winkel α, β können abgeändert werden,
jedoch muss ein Winkel oder müssen
beide Winkel α, β einen anderen
Wert zwischen 90° und 135° erhalten;
siehe 5. Der Abstand zwischen den Kantenflanschen 41, 37 wird
nur schematisch gezeigt und beträgt
in der Realität
geeignet etwa 5 bis 30 mm im Falle eines normalen Haushaltskessels 2.
Das Abstandsintervall ist offensichtlich davon abhängig, mit
welchem Kessel die Verbrennungsanordnung 1 verbunden ist,
das heißt
von seiner Größe, der
gewünschten
Leistung etc. Indem der Sekundärluftverteiler 26A zwischen
der inneren vorderen Grenzwand 41 der Verbrennungskammer 16 und dem äußeren ringförmigen Kantenflansch
(das heißt, der äußeren, vorderen
Wand 37) angeordnet wird, kann die Strömung von Sekundärluft radial
nach innen gerichtet werden.
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Um
eine sekundäre
Verbrennung der verbleibenden festen Rückstandsprodukte und der in
der primären
Verbrennung gebildeten Verbrennungsgase zu bewirken, werden Sekundärluft-Einlassöffnungen 48 für die Sekundärluft (S)
zwischen dem äußeren und
dem inneren Kantenflansch 37, 41 um den gesamten
Umfang des Sekundärluftverteilers 26A herum
angeordnet. Die Verteilung der Primärluft (P) und der Sekundärluft (S),
die durch das Gebläse 18 eingeblasen
werden, besteht geeignet aus etwa 30% Primärluft (P) durch die Verbrennungskammer 16 und
etwa 70% Sekundärluft
(S) durch den Sekundärluftverteiler 26A in
die sekundäre
Verbrennungskammer 26 hinein. Die Sekundärluft wird
außerhalb
der Verbrennungskammer 16 geführt und danach radial nach
innen zugeführt,
das heißt
zu der gemeinsamen Rotationsachse 33 hin. In dem in 2 gezeigten Ausführungs beispiel
kann die Verteilung von Luft zwischen Primärluft und Sekundärluft durch
eine geeignete Auswahl der Abmessungen für die Lufteinlassöffnungen 43 in
den inneren Grenzwänden
der Verbrennungskammer 26 erzielt werden. Die Lufteinlassöffnungen 43 fungieren
dann als Drosseln. Bei einer bestimmten Strömung wird sodann eine spezifische
Verteilung zwischen Primärluft
und Sekundärluft
erzielt. In dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel
gibt es getrennte Kanäle
für Primärluft und für Sekundärluft. Die
Verteilung zwischen Primärluft und
Sekundärluft
kann sodann durch Verwendung getrennter Gebläse erzielt werden, eines ersten
Gebläses
für die
Primärluft
und eines zweiten Gebläses für die Sekundärluft. Die
Strömung
von Sekundärluft kann
sodann unabhängig
von der Strömung
von Primärluft
sein. Die Verwendung separater Gebläse bietet daher auch den Vorteil,
dass eine optimale Verteilung zwischen Primärluft und Sekundärluft auch
bei veränderlicher
Gesamtluftströmung
erzielt werden kann. In dem in 3 gezeigten
Ausführungsbeispiel ist
die Sekundärluftkammer 25 radial
außerhalb
der Primärluftkammer 24 angeordnet.
Die Sekundärluft wird
daher außerhalb
der Primärluftleitung
geführt, und
die Sekundärluft
wird sodann radial nach innen zugeführt, das heißt zu der
gemeinsamen Rotationsachse 33 hin, so dass brennbares Material
und brennbare Gase zu der Mitte der sekundären Verbrennungskammer 26 hin
konzentriert werden, so dass das Feuer in der Mitte der sekundären Verbrennungskammer
konzentriert wird. Unter anderem ergibt dies eine höhere Temperatur
im Vergleich zu einem verstreuteren Feuer. In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel
wird der Sekundärluftstrom ebenfalls
das Feuer auf die Mitte der sekundären Verbrennungskammer 26 konzentrieren.
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Der
Sekundärluftverteiler 26A umfasst
ein Gebläse 49,
um gleichzeitig alle festen und gasförmigen Verbrennungsprodukte
während
der sekundären Verbrennung
auszustoßen,
so dass keine Rückstandsprodukte
die Lufteinlassöffnungen 48 von
den Luftkanälen
oder den Luftkammern 24 zu dem Sekundärluftverteiler 26A zusetzen
können
und um den Mittelpunkt der sekundären Verbrennung und damit den
heißesten
Teil des Feuers von der Verbrennungskammer (16) weg und
weiter zu der sekundären
Verbrennungskammer (26) hin zu verschieben, so dass ein
wesentlicher Teil der sekundären
Verbrennung ebenfalls in dem Kesselraum 12 des Kessels 2 sowie
außerhalb
und in einem Abstand von dem Verbrennungsteil 21 stattfindet.
Das Gebläse 49 umfasst
eine Vielzahl von Gebläseflügeln 49B,
die in dem Sekundärluftverteiler 26A zwischen
dem äußeren und
dem inneren Kantenflansch 37, 41 über den gesamten
Umfang des Sekundärluftverteilers 26A angeordnet
sind. Die Drehung des Sekundärluftverteilers 26A und
somit des Gebläses 49,
der Ort der Gebläseflügel 49B in
dem Luftstrom und die Verwendung verschiedener Winkel α, β, siehe 5,
zwischen dem inneren Kantenflansch 41 und der inneren Grenzwand 40 sowie
dem äußeren Kantenflansch 37 und
der Außenwand 36 erzeugen
einen sehr starken Luft- und Verbrennungsgaswirbel, der nachfolgend
als Zyklon 50 bezeichnet wird, mit einem definierbaren
axialen Ausmaß,
Durchmesser, Temperatur, Umlaufgeschwindigkeit und Wärmegehalt
hinaus durch die sekundäre
Verbrennungskammer 26. Der Zyklon 50 ist von der
Verbrennungskammer 16 nach außen und von der Wand der sekundären Verbrennungskammer 26 radial
nach innen gerichtet. Weiterhin bedeuten der Ort der Gebläseflügel 49B und
die Winkel α, β der Kantenflansche 37, 41,
siehe die 4b und 5,
dass der Zyklon 50 auch in einem stationären Brenner
erzielt wird, das heißt
bei Verbrennungsanordnungen mit nichtdrehendem Se kundärluftverteiler 26A,
da die Gebläseflügel 49B und
die Kantenflansche 37, 41 die Luftströmung in
einen gerichteten Drehwirbel 50 beschränken. Die Gebläseflügel 49B,
die sich vorzugsweise axial (das heißt parallel) entlang einer
Ebene durch die Rotationsachse 33 erstrecken, die jedoch
auch in einem bestimmten axialen und/oder radialen Winkel zu der Ebene
entlang der Achse 33 geneigt sein können, können zum Beispiel aus geraden
Schienen, aus gekrümmten
oder gewellten Flügeln
bestehen. Die Gebläseflügel 49B können von
der gleichen oder einer anderen Dicke, Länge und Breite sein. Das radiale „Ausmaß" der Gebläseflügel 49B,
das heißt
im rechten Winkel zu der Rotationsachse 33 des Brenners oder
in einem bestimmten radialen Winkel zu einer Ebene durch die Rotationsachse 33,
entlang der Oberfläche
der Kantenflansche 41 hat eine bestimmte Länge, die
entweder von der Kante 51 zu der Kante 52 des
Kantenflansches 41 oder nur ein Teil diese Abstandes zwischen
der Kante 52 und der Auslassöffnung 27 und dem
Außendurchmesser 51 des
Kantenflansches 41 sein kann. Es kann einen oder mehrere
offene Schlitze 53 zwischen dem äußeren Kantenflansch 37 und
dem Rest des Verbrennungsteiles geben; siehe 4a.
In dem in 4b gezeigten Ausführungsbeispiel
sind es sechs Stück
Gebläseflügel 49B,
jedoch können
es bei Bedarf mehr oder weniger sein, vorzugsweise zwei bis 12.
Die Auslegung des Sekundärluftverteilers 26A,
um die Sekundärluft radial
nach innen zu blasen, so dass der Zyklon 50 von der Wand
der sekundären
Verbrennungskammer radial nach innen gerichtet ist, bietet unter
anderem den Vorteil, dass das Feuer in der sekundären Verbrennungskammer 26 stärker konzentriert
wird. Da das Feuer stärker
konzentriert ist, wird ein höherer Grad
an Verbrennung erreicht. Weiterhin findet Verbrennung in einem größeren Abstand
von der Wand der sekundären
Verbrennungskammer 26 statt. Dies hilft, Verschleiß der Wand
der sekundären
Verbrennungskammer 26 zu verhindern, wodurch möglicherweise
die Lebensdauer der Wand verlängert
wird. Da die Verbrennung effektiver ist, wird eine geringere Luftzufuhr
benötigt.
Dies reduziert den Volumenstrom von Gasen, die danach zum Beispiel
durch den Kamin ausgestoßen
werden müssen.
Ein höherer Wirkungsgrad
wird erzielt.
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Zwischen
der inneren und der äußeren Wand 37, 41 des
Sekundärluftverteilers 26A befindet sich
eine Befestigungsvorrichtung 54 in Form von Halteflügeln 55 und
Befestigungsschlitzen 56, die zum Beispiel ausgelegt sind,
um Anpassen des äußeren Kantenflansches 37 an
den inneren Kantenflansch 41 zu ermöglichen; siehe 4.
Andere bekannte Befestigungsvorrichtungen oder Befestigungsverfahren
sind jedoch ebenfalls möglich. 4b zeigt weiterhin deutlich eine Anzahl
von Abstandshaltern 57, die entlang der Verbrennungskammer 16 zwischen
der äußeren Wand
und der inneren Wand 36, 40 der Luftkanäle oder
der Luftkammern 24 angeordnet sind, um den Abstand zwischen
den Wänden 36, 40 aufrechtzuerhalten
und um die Primärluft
(P) und die Sekundärluft
(S) in einer gewünschten
Richtung zu den Einlassöffnungen 48 zu dem
Sekundärluftverteiler 26A zu
leiten. Die sekundäre
Verbrennungskammer 26 umfasst ein äußeres Gehäuse 58, das in den
in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen
die Form eines zylindrischen Blechmantels und eines Einsatzes 59 aus
temperaturbeständigem
Material, wie zum Beispiel Keramik, annimmt, wobei der Einsatz in
dem Gehäuse
und zwischen dem äußeren Kantenflansch 37 und
einem Endflansch 60 eingepasst ist. Innen ist der Einsatz 59 geeignet
als Kegelstumpf ausgeformt, wobei der Einsatz an dem äußeren Ende
und, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel,
dem etwas kühleren
Ende, das die Auslassöffnung 47 aus
der sekundären
Verbrennungskammer 26 in den Kesselraum 12 darstellt, dünner ist.
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In
dem zweiten Ausführungsbeispiel,
siehe 3, umfasst das Verbrennungsteil 21 der
Verbrennungsanordnung 1 weitere zwei kreiszylindrische und
doppelwandige Trommeln 23, 25. Die Trommeln 23, 25 sind
konzentrisch in Tandemanordnung auf der Außenseite des Lufteinlassrohres 22 und
der Luftkanäle
oder der Luftkammer 24 angeordnet, wobei eine zweiter doppelwandiger,
radial kreisförmiger Raum 42B um
das Lufteinlassrohr 22 herum angeordnet ist, wobei dieser
Raum einen ersten Teil der Luftkammer 25 darstellt. Der
Raum 42B erstreckt sich von dem Lufteinlassrohr 23 radial
nach außen und
steht in Verbindung mit dem Rohr 23 für gleichmäßige Verteilung der Sekundärluft (S)
entlang der gesamten Rückwand 35 der
Luftkammer 24. Die Trommeln 23, 25 sind
ausgelegt, um ein äußeres Lufteinlassrohr 23 und äußere Luftkanäle oder
Luftkammer 25 zur Zuführung
von Sekundärluft
(S) zu der sekundären
Verbrennungskammer 26 über
sekundäre
Lufteinlassöffnungen 48 in
dem Sekundärluftverteiler 26A zu
bilden, wohingegen nur Primärluft (P)
zu der Verbrennungskammer 16 über das Lufteinlassrohr 22,
die Luftkanäle
oder Luftkammer 24 und die Primärlufteinlassöffnungen 43 in
die Verbrennungskammer 16 zugeführt wird. Weiterhin sind Abstandshalter 57B in
den Luftkanälen
oder der Luftkammer 25 angeordnet. Im übrigen sind die beiden Ausführungsbeispiele
im Aufbau ähnlich.
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5 zeigt
ein drittes Ausführungsbeispiel der
Verbrennungsanordnung 1 gemäß der Erfindung, die im Wesentlichen
den beiden vorhergehenden gezeigten Ausführungsbeispielen in Bezug auf
die verschiedenen Details der Verbrennungsanordnung 1 ähnlich sind.
Dieses dritte Ausführungsbeispiel
umfasst jedoch einen problemlos demontierten inneren Aufbau in Form
eines abnehmbaren Einsatzes 68 für wirksameres Auswechseln und
Warten der Verschleißteile
der Verbrennungsanordnung 1. Der Ausdruck Verschleißteile bedeutet
hierbei die Teile, die die kürzeste
Lebensdauer aufweisen, normalerweise die Teile, die den höchsten Temperaturen
ausgesetzt sind, das heißt
zum Beispiel die inneren Grenzwände 39, 40, 41 der
Verbrennungskammer 16, der Sekundärluftverteiler 26A sowie
die sekundäre
Verbrennungskammer 26.
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Um
die oben genannte Möglichkeit
des Ausbaus zu erzielen, werden eine Reihe von Befestigungsmitteln 61, 62, 63 abnehmbar
zwischen der radialen und der zylindrischen inneren Grenzwand 39, 40 der
Verbrennungskammer 16 sowie möglicherweise zwischen den Wänden 35 und 36 zwischen den
Luftkanälen
für Primärluft und
für Sekundärluft 24, 25 in
dem zweiten in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel
bereitgestellt. Die Befestigungsmittel 61, 62, 63 können zum
Beispiel die Form von Haken 61 annehmen, die ausgelegt
sind, um in oder um die Kanten der hinteren Grenzwände 39, 35 einzugreifen,
je nachdem, welches Ausführungsbeispiel
beabsichtigt ist, das heißt
gemäß 2 oder
gemäß 3,
einer Schraubverbindung 62 und eines Flachstabes 63.
In dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel
ist die sekundäre
Verbrennungskammer 26 an der Außenseite 65 des Luftkanals 25 mittels
abnehmbarer Schraubverbindungen 62 durch den Bund 66 der
sekundären
Verbrennungskammer befestigt. Um weiterhin die Ausführung zu
verstärken, werden
eine Anzahl von Flachstäben 63 durch
die Öffnungen 67 in
den Kantenflanschen 41, 37 angeordnet, wobei die
Flachstäbe 63 die
sekundäre
Verbrennungskammer 26 abnehmbar mit der Verbrennungskammer 16 verbinden,
wobei die Stäbe
zum Beispiel gebogen sind.
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In
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
umfasst der abnehmbare Einsatz 68 zwei separate Teile 69, 70,
die voneinander ge trennt werden können. Das erste Einsatzteil 69 umfasst
die sekundäre
Verbrennungskammer 26 mit dem Bund 66. Das zweite Einsatzteil 70 umfasst
den Sekundärluftverteiler 26A und
die innere Grenzwand 40 der Verbrennungskammer 16.
Andere Konfigurationen können
vorhanden sein, zum Beispiel können
die äußeren Kantenflansche 37 anstelle
dessen an der sekundären
Verbrennungskammer 26 befestigt sein und das erste Einsatzteil 69 kann
zum Beispiel weiterhin die Wand 36 umfassen, das heißt den Luftkanal 25.
Die Abstandshalter 57 sind geeignet durch Schweißstöße 64 so mit
den Wänden 35, 65 verbunden,
dass der Einsatz 68 freigegeben werden kann. In dem in 5 gezeigten
Ausführungsbeispiel
ist der zweite Einsatz 70 abnehmbar in Bezug zu der Wand 39,
dem Abstandshalter 57a und zwischen dem Sekundärluftverteiler 26A und
dem Luftkanal 25 angeordnet, wohingegen das erste Einsatzteil 69 abnehmbar
in Bezug auf den Sekundärluftverteiler 26A und
die Wand 65 angeordnet ist.
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6 zeigt
ein Ausführungsbeispiel,
bei dem die Verbrennungsanordnung mit zwei Gebläsen 18a, 18b ausgerüstet ist.
Ein erstes Gebläse 18a ist ausgelegt,
um Primärluft
durch eine innere Kammer 24 in die Verbrennungskammer 16 zu
blasen. Ein zweites Gebläse 18b ist
ausgelegt, um Sekundärluft durch
eine äußere Kammer 25 zu
blasen. Auf diese Weise kann das Verhältnis zwischen Primärluft und Sekundärluft problemlos
geregelt werden. 20% bis 40% Primärluft und 60% bis 80% Sekundärluft werden
geeignet verwendet.
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BESCHREIBUNG
DES BETRIEBES
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In
den in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Funktionsweise
und Verwendung der Verbrennungsanordnung 1 gemäß der Erfindung
wie folgt.
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Der
Brennstoff, die Primärluft
(P) und die Sekundärluft
(S) werden im Wesentlichen auf die bekannte Art und Weise zu dem
Verbrennungsteil 21 zugeführt und werden daher an dieser
Stelle nicht ausführlicher
beschrieben.
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Eine
festgelegte Menge an Brennstoff wird durch die Brennstoffzuführungsvorrichtung 11 in
die Verbrennungskammer 16 zugeführt und bildet vorzugsweise
ein langsam und unterbrochen drehendes Brennstoffbett 45 aus.
Primärluft
(P) von dem Gebläse 18 wird
in die Verbrennungskammer 16 über die Luftkanäle oder
die Luftkammer 24 und weiter durch die Lufteinlassöffnungen 43 zugeführt. Sekundärluft (S)
von dem Gebläse 18 wird über Sekundärluft-Einlassöffnungen 48 des
Sekundärluftverteilers 26A entweder über die
gleichen Luftkanäle
oder Luftkammer 24 (gemäß dem in 2 gezeigten
Ausführungsbeispiel)
oder über
die weiteren Luftkanäle
oder die Luftkammer 25, die radial außerhalb der – in diesem
Fall – radial
inneren Luftkanäle
oder der Luftkammer 24 (gemäß dem in 3 gezeigten
Ausführungsbeispiel)
angeordnet sind, zugeführt.
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Die
Drehung der Verbrennungskammer 16 mischt den Brennstoff
und die Primärluft
(P) wirksam, wodurch der größte Teil
des Brennstoffes durch primäre
Verbrennung vorwiegend zu Verbrennungsgasen, einer Flugaschefraktion
und einer geringeren Menge an Schlacke vergast wird. Die fortgesetzte Drehung
bewirkt, dass unverbrannte Rückstände des Brennstoffes
und der Schlacke aus der Verbrennungskammer 16 ausgetragen
werden, wohingegen die durch primäre Verbrennung in der Verbrennungskammer 16 gebildeten
Verbrennungsgase und die Flugasche durch den Auslass 27 aus
der Verbrennungskammer 16 durch den Sekundärluftverteiler 26A durch
den Luftstrom, der aus der Primärluft
(P) und der Sekundärluft
(S) gebildet wird, in die sekundäre
Verbrennungskammer 26 ausgetragen werden.
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Die
vorzugsweise intensiv geblasene Austreibung von Sekundärluft (S)
durch die Sekundärluft-Einlassöffnungen 48 sowie
der Ort, die Anzahl und die Form der Gebläseflügel 49B erzeugen einen kraftvollen
Luftwirbel 50 (der auch verstärkt wird, wenn sich der Sekundärluftverteiler
dreht), der radial nach innen zu der gemeinsamen Rotationsachse 33 gerichtet
ist und der die genannten Rückstände und Gase
zwangsweise aus der sekundären
Verbrennungskammer 26 und hinüber zu dem Kesselraum 12 des
Kessels 2 ausbläst,
wo die Flugasche in den Aschebehälter
des Kessels 2 ausgefällt
wird. Gleichzeitig werden die Rückstände sehr
wirksam zu weiteren Verbrennungsgasen und Flugasche vergast. Ein kleinerer
Teil kann in dem Sekundärluftverteiler 26A vergast
werden, wohingegen der größte Teil
der noch übrigbleibenden
brennbaren Stoffe indem Luftwirbel 50 außerhalb
des Sekundärluftverteilers 26A in
der Form eines konzentrierten Flammenstrahls, indem auch die Verbrennungsgase
verbrannt werden, vergast werden, wobei Wärme erzeugt wird, wodurch verhindert
wird, dass die in der Verbrennung gebildete Flugasche in der eigentlichen
Verbrennungsanordnung 1 zu Sinterabscheidungen umgewandelt
wird.
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ALTERNATIVE
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die
Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern
kann innerhalb des Erfindungsbereiches der Patentansprüche auf verschiedene
Arten abgewandelt werden.
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Die
oben genannte Spendereinheit 3, die Brennstoffzuführungsvorrichtung 11 und
der Brennstoffförderer
(nicht gezeigt) kön nen
daher eine Vielzahl separater Brennstoffspeicher 4 und/oder Schraubenförderer 7, 13 zum
Zuführen
verschiedener Brennstoffe umfassen, ebenso wie weitere Arten bekannter
Brennstoff-Zuführvorrichtungen
neben den Schraubenförderern 7, 13 natürlich ebenso
in einer erfindungsgemäßen Verbrennungsanordnung 1 verwendet
werden können.