DE102009033006A1 - Burner for burning solid fuel - Google Patents
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Abstract
Dargestellt und beschrieben ist ein Brenner für die Verbrennung von festem Brennstoff (2), insbesondere Biomasse, mit einem Brennrohr (3), mit einer Brennstelle, mit einer Zuführeinrichtung (4) zur Förderung des Brennstoffs (2) zur Brennstelle (4) und mit einer Primär-Luftzufuhreinrichtung (6). Mit dem erfindungsgemäßen Brenner sind dadurch größere Leistungen erreichbar, dass das Brennrohr (3) im Grundzustand im Wesentlichen waagerecht angeordnet ist und aus Keramik besteht, dass die Zuführeinrichtung (4) auf der der offenen Seite (7) des Brennrohres (3) gegenüberliegenden Seite (8) in das Brennrohr (3) hineinragt, und dass eine Antriebsvorrichtung (9) zur drehenden Bewegung des Brennrohres (3) um seine Längsachse vorgesehen ist, so dass das Brennrohr (3) derart drehbar ist, dass der von der Zuführeinrichtung (4) zur Brennstelle geförderte Brennstoff (2) durch die Drehung des Brennrohres (3) sowohl umgewälzt als auch in Richtung der offenen Seite (7) des Brennrohres (3) bewegt wird.A burner for the combustion of solid fuel (2), in particular biomass, with a combustion tube (3), with a combustion point, with a feed device (4) for conveying the fuel (2) to the combustion point (4) and with is shown and described a primary air supply device (6). With the burner according to the invention, greater outputs can be achieved in that the combustion tube (3) is arranged essentially horizontally in the basic state and consists of ceramic, that the feed device (4) is on the side opposite the open side (7) of the combustion tube (3) ( 8) protrudes into the combustion tube (3), and that a drive device (9) is provided for the rotational movement of the combustion tube (3) about its longitudinal axis, so that the combustion tube (3) can be rotated in such a way that the feed tube (4) fuel (2) delivered to the burning point is both circulated and moved in the direction of the open side (7) of the burning pipe (3) by the rotation of the burning pipe (3).
Description
Die Erfindung betrifft einen Brenner für die Verbrennung von festem Brennstoff, insbesondere Biomasse, mit einem Brennrohr, mit einer Brennstelle, mit einer Zuführeinrichtung zur Förderung des Brennstoffs zur Brennstelle und mit einer Primär-Luftzufuhreinrichtung. Daneben betrifft die Erfindung noch ein Heizungssystem mit einem Brenner für die Verbrennung von festem Brennstoff.The The invention relates to a burner for the combustion of solid fuel, in particular biomass, with a combustion tube, with a burner, with a feeding device for conveying the fuel to the burner and with a primary air supply. In addition, the invention also relates to a heating system with a Burner for burning solid fuel.
Zur Erzeugung von Wärmeenergie werden regelmäßig brennbare Stoffe verbrannt, um die dabei gewonnene thermische Energie zur Erwärmung von Medien zu nutzen. Die Erwärmung erfolgt dabei mit Hilfe eines Wärmetauschers, beispielsweise eines Luft-Wasser-Wärmetauschers, bei dem das Wasser durch die beim Verbrennen der Brennstoffe entstehende heiße Luft erwärmt wird. Neben klassischen Brenner oder Heizkesseln, bei denen fossile Brennstoffe wie beispielsweise Erdöl, Erdgas oder Kohle verbrannt werden, gibt es auch Brenner bzw. Heizkessel, bei denen nachwachsende Rohrstoffe, insbesondere Holz in Form von Hackgut und Pellets, als Brennstoffe verwendet werden. Derartige Pellets-Heizkessel, die auch als Stückholzkessel bezeichnet werden, sind mittlerweile in einem sehr großen Leistungsbereich von ca. 5 bis 100 kW erhältlich.to Generation of heat energy will be regular burned combustible materials to the thermal energy obtained to use for heating media. The warming takes place with the help of a heat exchanger, for example an air-water heat exchanger in which the water passes through the hot air produced when burning the fuels is heated. In addition to classic burners or boilers, where fossil fuels such as petroleum, Natural gas or coal are burned, there are also burners or boilers, in which renewable raw materials, especially wood in the form of Wood chips and pellets, used as fuels. such Pellet boilers, also referred to as log wood boilers are now in a very large performance range available from approx. 5 to 100 kW.
Im Rahmen dieser Erfindung sollen unter dem Begriff ”Biomasse” nachwachsende Rohstoffe verstanden werden. Hierzu gehören neben Holz, insbesondere in der Form von Holzspänen, Holzhackschnitzeln oder Holzpellets, und Getreide auch getreideähnliche Stoffe wie Raps oder Stroh, diese dann vorzugsweise in Form von Rapspresskuchen oder Strohpellets, sowie Energiepflanzen wie Miscanthus. Der Begriff ”Biomasse” umfasst somit Stoffe organischer Herkunft, d. h. kohlenstoffhaltige Materie.in the For the purposes of this invention, the term "biomass" is used to describe renewable Raw materials are understood. These include wood, especially in the form of wood shavings, wood chips or wood pellets, and cereals also cereal-like substances such as rapeseed or straw, these then preferably in the form of rapeseed cake or Straw pellets, as well as energy plants like Miscanthus. The term "biomass" includes thus substances of organic origin, d. H. carbonaceous matter.
Beim Betrieb der für Holzpellets vorgesehenen Heizkessel mit Getreide sind eine Reihe von Problemen aufgetreten, so dass bisher ein Betrieb mit der gleichen Qualität wie mit dem bestimmungsgemäßen Brennstoff kaum erzielt werden konnte. Die wesentlichen Probleme liegen dabei in einem schlechteren Wirkungsgrad aufgrund eines schlechteren Ausbrandes des Getreides, einer erhöhten Emission von Staub, Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoff und Stickoxiden, wodurch die zulässigen Grenzwerte der Heizkessel häufig überschritten werden, und einem erhöhten Aschegehalt, der zu Problemen bei der Ascheaustragung und zu Problemen durch Verschlackung führt.At the Operation of the boiler intended for wood pellets Grains have encountered a number of problems, so far an operation of the same quality as the intended one Fuel could hardly be achieved. The main problems lie in a worse efficiency due to a worse Burnout of the crop, increased emission of dust, Carbon monoxide, hydrocarbons and nitrogen oxides, thus permitting Limits of the boiler often exceeded and an increased ash content that contributes to problems ash disposal and lead to slagging problems.
Ein
Heizkessel mit dem unterschiedliche nachwachsende Rohstoffe, insbesondere
Holzpellets, Getreide, Rapspresskuchen (in pelletierter Form) oder
Strohpellets verbrannt werden können, ist aus der
Durch die Kapselung der ersten und der zweiten Verbrennungsstufe innerhalb der gemeinsamen Brennkammer wird erreicht, dass die beim Ausbrennen bzw. Ausglühen der Brennstoffe in dem Ausbrand- bzw. Ausglühraum entstehenden Rauchgase, die aufgrund der dort vorherrschenden etwas geringeren Temperaturen schlechtere Abgaswerte aufweisen, den bei der Verbrennung des Brennstoffes in der ersten Verbrennungsstufe entstehenden Rauch- bzw. Brenngasen zugeführt werden und gemeinsam mit diesen innerhalb des Flammrohres in der dort herrschenden großen Hitze ausbrennen, so dass die Abgaswerte des Heizkessels durch die ”schlechten” Abgaswerte aus der zweiten Verbrennungsstufe kaum negativ beeinflusst werden.By the encapsulation of the first and second combustion stages within the common combustion chamber is achieved that during burnout or annealing of the fuels in the Ausbrand- or Ausglühraum arising flue gases, which due to the prevailing there something Lower temperatures have worse exhaust emissions, the at the combustion of the fuel in the first combustion stage resulting smoke or fuel gases are supplied and together with these within the flame tube in the prevailing there burn out large heat, so that the exhaust gas values of the boiler through the "bad" emissions from the second Combustion level are hardly negatively affected.
Bei dem bekannten Heizkessel wird somit nicht nur der Wirkungsgrad dadurch erhöht, dass der Energiewert der Brennstoffe nahezu vollständig ausgenutzt wird, sondern es werden zusätzlich die eigentlichen damit verbundenen ”schlechteren” Rauchgase dadurch zum großen Teil unschädlich gemacht, dass diese Rauchgase durch die extrem heiße erste Verbrennungsstufe geleitet werden und dort weiter ausbrennen.at the known boiler is thus not only the efficiency thereby increases that the energy value of the fuels almost completely is exploited, but it is also the actual thereby associated with "worse" flue gases to a large extent rendered harmless that this Flue gases through the extremely hot first combustion stage be led and continue to burn out there.
Eine
Weiterentwicklung dieses Heizkessels ist in der
Mit diesen Heizkesseln können zwar auch bei Verwendung von unterschiedlichen Biomassen als Brennstoff, insbesondere von Getreide, Rapspresskuchen oder Strohpellets die geforderten Emissionswerte eingehalten werden, der Leistungsbereich dieser Heizkessel ist jedoch auf ca. 50 kW beschränkt, so dass der Einsatz der Heizkessel in erster Linie auf den privaten oder landwirtschaftlichen Bereich beschränkt ist.Although these boilers can also be used with different biomass however, as fuel, in particular of cereals, rapeseed cake or straw pellets, the required emission levels are met, the power range of these boilers is limited to approximately 50 kW, so that the use of the boilers is primarily restricted to the private or agricultural sector.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgrabe zugrunde, einen Brenner für die Verbrennung von festen Brennstoffen, insbesondere von Biomasse, sowie ein Heizungssystem mit einem Brenner und mit zumindest einem Heizkessel zur Erzeugung von Wärmeenergie durch Verbrennung von Biomasse zur Verfügung zu stellen, mit dem größere Leistungen erreichbar sind, so dass der Brenner bzw. das Heizungssystem auch für größere Einrichtungen, beispielsweise Nahwärmeversorgungsnetze oder öffentliche Schwimmbäder eingesetzt werden kann.Of the The present invention is therefore based Aufgrabe, a Burner for burning solid fuel, in particular of biomass, as well as a heating system with a burner and with at least one boiler for generating heat energy by burning biomass, with which larger achievements are attainable, so that the burner or the heating system for larger Facilities, such as local heating networks or public swimming pools can.
Diese Aufgabe ist bei dem eingangs beschriebenen Brenner dadurch gelöst, dass das Brennrohr im Grundzustand im Wesentlichen waagerecht angeordnet ist und aus Keramik besteht, wobei die Zuführeinrichtung auf der der offenen Seite des Brennrohres bzw. des Brenners gegenüberliegenden Seite in das Brennrohr hineinragt, und dass eine Antriebsvorrichtung zur drehenden Bewegung des Brennrohres um seine Längsachse vorgesehen ist. Mittels der Antriebsvorrichtung ist das waagerecht angeordnete Brennrohr derart drehbar, dass der von der Zuführeinrichtung in das Brennrohr geförderte Brennstoff durch die Drehung des Brennrohres sowohl umgewälzt als auch in Richtung der offenen Seite des Brennrohres bewegt wird.These The task is solved in the burner described above, that the combustion tube in the ground state is arranged substantially horizontally is and is made of ceramic, wherein the feeder on the side opposite the open side of the burner tube or of the burner protrudes into the combustion tube, and that a drive device for rotating movement of the combustion tube about its longitudinal axis is provided. By means of the drive device is the horizontally arranged Firing tube rotatable such that of the feeder in the combustion tube funded fuel by the rotation the combustion tube both circulated and in the direction of open side of the combustion tube is moved.
Im
Unterschied zu dem beispielsweise aus der
Da das Brennrohr von der Antriebsvorrichtung um seine Längsachse gedreht wird, wird der Brennstoff allein durch die Drehung des Brennrohres sowohl umgewälzt als auch in Richtung der offenen Seite des Brennrohres bewegt. Das Umwälzen des Brennstoffes fördert dabei dessen Vergasung, was zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades führt. Darüber hinaus kann auf mechanische Bauteile im Bereich der Brennstelle zum Durchrühren sowie zum Austragen des Brennstoffes verzichtet werden, da beide Bewegungen des Brennstoffes automatisch durch die Drehung des Brennrohres erfolgen. Da im Bereich der Brennstelle angeordnete mechanische Bauteile, wie Bewegungselementen oder Schubrosten, aufgrund der dort herrschenden hohen Temperaturen sehr verschleißanfällig sind, ist der Verschleiß beim erfindungsgemäße Brenner, bei dem auf derartige mechanische Bauteile verzichtet werden kann, wesentlich geringer.There the combustion tube of the drive device about its longitudinal axis is rotated, the fuel is only by the rotation of the combustion tube both circulated as well as in the direction of the open side of the combustion tube emotional. The circulation of the fuel promotes thereby its gasification, resulting in an increase in efficiency leads. In addition, on mechanical components in the area of the burner for stirring and for discharging Fuel are omitted as both movements of fuel automatically done by the rotation of the combustion tube. Because in the area the burner arranged mechanical components such as movement elements or Schubrosten, due to the prevailing high temperatures are very susceptible to wear, is the wear during burner according to the invention, in which such mechanical components can be dispensed with, much lower.
Der Verringerung des Verschleißes dient auch die Ausbildung des Brennrohres aus Keramik, da Keramik zum einen sehr hitzebeständig ist, zum anderen die Eigenschaft aufweist, sich selber zu reinigen, so dass es nicht oder nur in sehr geringem Maße zu Anbackungen und Ablagerungen am Brennrohr kommt. Da derartige Anbackungen unter anderem zu Störungen, Betriebsunterbrechungen und Veränderungen bei der Verbrennungsluftzufuhr führen können, werden bei bekannten Brennern bzw. Heizkesseln aufwendige und damit kostenintensive Zusatzeinrichtungen wie beispielsweise wassergekühlte Rostsysteme oder Brennmulden als Brennstellen zur Vermeidung von Anbackungen verwendet. Auch auf diese konstruktiven Zusatzmaßnahmen kann bei dem erfindungsgemäßen ”Drehrohrbrenner” verzichtet werden.Of the Reduction of wear also serves the training of the burner tube made of ceramic, since ceramic very heat resistant on the other hand has the property to purify itself, so that it does not or only to a very limited extent to caking and deposits on the burner tube comes. As such caking, among others to disruptions, business interruptions and changes can lead to the supply of combustion air, become expensive in known burners or boilers and thus cost-intensive ancillary equipment such as water-cooled Grate systems or burners as burners to avoid Caking used. Also on these additional constructive measures can be omitted in the "rotary kiln burner" according to the invention become.
Darüber hinaus hat die Verwendung von Keramik für das Brennrohr den Vorteil, dass die an der Brennstelle durch die Verbrennung des Brennstoffes auftretende Temperatur einerseits von der Keramik aufgenommen wird, andererseits die Temperatur von der Keramik jedoch auch an die innerhalb des Brennrohres befindliche Luft sowie den Brennstoff abgegeben wird, so dass innerhalb des Brennrohres insgesamt eine hohe und relativ gleichmäßige Temperatur erreicht wird, die zu einer guten Vergasung des Brennstoffes führt.About that In addition, the use of ceramic for the combustion tube the advantage of being at the focal point by burning the Fuel occurring temperature on the one hand taken up by the ceramic On the other hand, however, the temperature of the ceramic is also on the air inside the combustion tube and the fuel is discharged, so that within the combustion tube a total of reached high and relatively uniform temperature which leads to a good gasification of the fuel.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Brenners ist das keramische Brennrohr von einem Stahlmantel umgeben, wobei das Brennrohr und der Stahlmantel drehfest miteinander verbunden sind, so dass sich mit dem Brennrohr auch der Stahlmantel um seine Längsachse dreht. Der Stahlmantel dient dabei insbesondere zur Erhöhung der Stabilität des keramischen Brennrohres. Vorteilhafterweise ist darüber hinaus das keramische Brennrohr bzw. der Stahlmantel von einem doppelwandigen Zylinder umgeben, der von einer Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, durchflossen ist, so dass durch den doppelwandigen Zylinder die von dem Brenner insgesamt an die Umgebung abgegebene Temperatur begrenzt wird. Das Brennrohr bzw. das Brennrohr und der Stahlmantel sind dabei relativ zum Zylinder drehbar angeordnet, so dass der doppelwandige, von der Flüssigkeit durchflossene Zylinder ortfest ausgebildet ist.According to one first preferred embodiment of the invention Brenners is the ceramic combustion tube surrounded by a steel jacket, being the combustion tube and the steel jacket rotatably connected are so that with the combustion tube and the steel jacket around his Longitudinal axis turns. The steel jacket is used in particular for Increasing the stability of the ceramic burner tube. Advantageously, moreover, the ceramic combustion tube or the steel jacket surrounded by a double-walled cylinder, of a liquid, such as water, flows through is, so that by the double-walled cylinder that of the burner total temperature is limited to the environment. The Burning tube or the combustion tube and the steel jacket are relative to Cylinder rotatably arranged, so that the double-walled, from the Liquid-flow cylinder formed stationary is.
Vorteilhafterweise weist die Antriebsvorrichtung zur Drehung des Brennrohres neben einem Motor eine Antriebswelle und eine – nicht angetriebene – Stützachse auf. Zur Übertragung der Drehbewegung der Antriebswelle auf das Brennrohr bzw. den das Brennrohr umgebenden Stahlmantel weist die Antriebswelle mindestens zwei Antriebsräder und die parallel dazu angeordnete Stützachse mindestens zwei Stützräder auf. Vorzugsweise sind darüber hinaus an dem Brennrohr bzw. an dem Stahlmantel mindestens zwei Laufringe befestigt. Zur axialen Führung der Laufringe und damit des Brennrohrs bzw. des Stahlmantels weisen die Antriebsräder und vorzugsweise auch die Stützräder jeweils eine U-förmige Felge auf, deren Abmessungen auf die Breite der Laufringe abgestimmt ist. Anstelle der Ausbildung der Felgen an den Antriebsrädern und den Stützrädern ist es grundsätzlich auch möglich, dass die Laufringe entsprechende Nuten aufweisen, in denen die Antriebsräder und die Stützräder geführt sind. Der Motor zur Drehung der Antriebswelle und damit auch zur Drehung des Brennrohres kann je nach Art des verwendeten Brennstoffes im Dauerbetrieb oder getaktet betrieben werden.Advantageously, the Antriebsvorrich tion for rotating the combustion tube in addition to a motor, a drive shaft and a - non-driven - support axis. To transmit the rotational movement of the drive shaft to the combustion tube or the steel jacket surrounding the combustion tube, the drive shaft has at least two drive wheels and the support axis arranged parallel thereto at least two support wheels. Preferably, at least two races are also attached to the combustion tube or on the steel shell. For axial guidance of the races and thus the combustion tube or the steel shell, the drive wheels and preferably also the support wheels each have a U-shaped rim whose dimensions are matched to the width of the races. Instead of the formation of the rims on the drive wheels and the support wheels, it is in principle also possible that the races have corresponding grooves in which the drive wheels and the support wheels are guided. The motor for rotation of the drive shaft and thus also for rotation of the combustion tube can be operated depending on the type of fuel used in continuous operation or clocked.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsvariante sind die Antriebswelle und die Stützachse derart angeordnet und ausgebildet, dass das freie Ende der Antriebswelle und das korrespondierende Ende der Stützachse wahlweise anhebbar oder absenkbar ist, so dass die offene Seite des Brennrohres relativ zur gegenüberliegenden Seite, an der der Brennstoff über die Zuführeinrichtung in das Brennrohr gelangt, angehoben oder abgesenkt werden kann. Das Brennrohr kann dadurch – in Förderrichtung des Brennstoffes gesehen – in eine ansteigende oder abfallende Position gebracht werden. Dadurch kann bei ansonsten unveränderter Drehzahl der Antriebswelle die Verweilzeit des Brennstoffes innerhalb des Brennrohres verändert werden; ein Ansteigen des Brennrohres führt dabei zu einer längeren Verweildauer, ein Absenken zu einer kürzeren Verweildauer des Brennstoffes innerhalb des Brennrohres.According to one Another particularly preferred embodiment are arranged the drive shaft and the support shaft such and formed such that the free end of the drive shaft and the corresponding End of the support shaft is either raised or lowered, so that the open side of the combustion tube relative to the opposite Side on which the fuel passes through the feeder enters the combustion tube, can be raised or lowered. The combustion tube can thereby - in the conveying direction seen in fuel - in a rising or falling Position be brought. This can be otherwise unchanged Speed of the drive shaft, the residence time of the fuel within the combustion tube to be changed; an increase in the combustion tube leads to a longer residence time Lowering to a shorter residence time of the fuel inside the combustion tube.
Durch das zuvor beschriebene Anheben oder Absenken des offenen Endes des Brennrohres kann der Brenner für unterschiedliche Brennstoffe optimiert werden. Bei Brennstoffen mit einer erhöhten Feuchtigkeit kann dadurch die Verweilzeit des Brennstoffes innerhalb des Brennrohres erhöht werden, so dass die Feuchtigkeit vor der eigentlichen Vergasung bzw. Verbrennung des Brennstoffes besser entweichen kann. Bei Brennstoffen mit einem niedrigeren Erweichungspunkt der Asche kann dagegen durch ein Absenken der offenen Seite des Brennrohres der Vorschub des Brennstoffes erhöht und damit dessen Verweildauer innerhalb der Brennkammer verringert werden, so dass es nicht zu einer Verschlackung bzw. zu einem Verkleben des Brennstoffes innerhalb der Brennkammer kommt. Je nach Neigungswinkel und Drehzahl des Brennrohres kann somit genau festgelegt werden, wann der entgaste Kohlenstoff aus dem Brennrohr herausgefördert wird.By the raising or lowering of the open end of the above described Burning tube, the burner can be optimized for different fuels become. For fuels with increased humidity can thereby the residence time of the fuel within the combustion tube be increased, so that the moisture before the actual Gasification or combustion of the fuel can escape better. For fuels with a lower softening point of the ash can by contrast by lowering the open side of the combustion tube increases the feed of the fuel and thus its residence time be reduced within the combustion chamber, so it's not too a slagging or sticking of the fuel within the Combustion chamber is coming. Depending on the angle of inclination and speed of the combustion tube Thus, it can be determined exactly when the degassed carbon is conveyed out of the combustion tube.
Eingangs ist ausgeführt worden, dass das Brennrohr im Grundzustand im Wesentlichen waagerecht angeordnet ist. Hierbei ist mit ”Grundzustand” der Zustand gemeint, bei dem die offene Seite des Brennrohres nicht – wie zuvor beschrieben – relativ zur gegenüberliegenden Seite angehoben oder abgesenkt ist.input has been stated that the combustion tube in the ground state is arranged substantially horizontally. Here is with "ground state" of Condition meant in which the open side of the combustion tube is not - like previously described - relative to the opposite Side is raised or lowered.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Primär-Luftzufuhreinrichtung einen innerhalb des keramischen Brennrohres angeordneten Hohlkörper mit mehreren Primär-Luftdüsen auf, durch die Luft in Richtung der Brennstelle in die Verbrennungszone eingeblasen werden kann. Die Verbrennung von Biomasse umfasst eine Reihe verschiedener physikalischer und chemischer Prozesse, von der Trocknung über die Vergasung durch partielle Luftzufuhr bis hin zur anschließenden Oxidation von brennbaren Gasen und festem Kohlenstoff. Um den Prozess der Entgasung nicht nur in Gang zu halten sondern möglichst auch in der Leistung zu steuern ist es grundsätzlich bekannt, der Brennstelle Luftsauerstoff als so genannte ”Primär-Luft” zuzuführen. Dadurch, dass die Primär-Luftzufuhreinrichtung einen innerhalb des keramischen Brennrohres angeordneten Hohlkörper aufweist, wird die von außen zugeführte Verbrennungsluft auf ihrem Weg von einem Gebläse zu den Primär-Luftdüsen durch die in dem Brennrohr bestehende Hitze erwärmt, was sich sowohl positiv beim Zünden des Brennstoffes als auch bei der Vergasung auswirkt.According to one further advantageous embodiment of the invention, the primary air supply means a arranged inside the ceramic combustion tube hollow body with multiple primary air jets on, through the air be blown in the direction of the combustion in the combustion zone can. The combustion of biomass involves a number of different physical and chemical processes, from drying over the gasification by partial air supply to the subsequent Oxidation of combustible gases and solid carbon. To the process not only to keep the degassing going, but as much as possible also in the power to control it is basically known the center of supply of atmospheric oxygen as so-called "primary air". Characterized in that the primary air supply means within a comprising the ceramic combustion tube arranged hollow body, is the externally supplied combustion air on their way from a blower to the primary air jets heated by the existing heat in the combustion tube, which both positive at ignition of fuel and also at the gasification effect.
Darüber hinaus wird durch die Ausbildung eines großflächigen Hohlkörpers die Möglichkeit geschaffen, eine Mehrzahl von Primär-Luftdüsen vorzusehen, die darüber hinaus vorzugsweise so angeordnet und ausgerichtet sind, dass die Primär-Luft unter verschiedenen Winkeln in Richtung der Brennstelle in die Verbrennungszone eingeblasen wird. Dadurch ist eine gleichmäßige und großflächige Zufuhr der Verbrennungsluft zur Brennstelle gewährleistet. Da sich der Brennstoff aufgrund der Drehung des Brennrohres aus dem unteren Scheitelpunkt des Brennrohres herausbewegt, sind vorzugsweise auch die Primär-Luftdüsen in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Brennrohres so ausgerichtet, dass der durchgerührte bzw. umgewälzte Brennstoff möglichst gleichmäßig mit Primärluft versorgt wird.About that addition, by the formation of a large-scale Hollow body created the possibility of a plurality provide of primary air nozzles over it are preferably arranged and aligned so that the Primary air at different angles in the direction of Burning is injected into the combustion zone. This is a uniform and large area Supply of combustion air to the burner ensures. Since the fuel due to the rotation of the combustion tube from the lower vertex of the combustion tube moved out, are preferably also the primary air nozzles in dependence from the direction of rotation of the combustion tube aligned so that the stirred or recirculated fuel as evenly as possible supplied with primary air.
Um eine möglichst vollständige Oxidation der freigesetzten gasförmigen Bestandteile zu erreichen und damit die Verbrennung zu optimieren ist darüber hinaus eine Sekundär-Luftzufuhreinrichtung vorgesehen, die ein Sekundär-Luftzufuhrrohr und mindestens eine ins Innere des keramischen Brennrohres ragende Sekundär-Luftdüse aufweist, durch die ”Sekundärluft” in die Flamme des verbrennenden Brennstoffes geblasen wird. Das Sekundär-Luftzufuhrrohr ist dabei vorzugsweise durch den Hohlkörper der Primär-Luftzufuhreinrichtung geführt, so dass auch die Sekundär-Luftdüsen auf der der offenen Seite gegenüber liegenden Seite in das Brennrohr hineinragen.In order to achieve the fullest possible oxidation of the released gaseous constituents and thus to optimize the combustion, a secondary air supply device is additionally provided which has a secondary air supply pipe and at least one into the interior of the ceramic furnace having tubular projecting secondary air nozzle is blown through the "secondary air" in the flame of the burning fuel. The secondary air supply pipe is preferably guided through the hollow body of the primary air supply device, so that the secondary air nozzles also protrude into the combustion pipe on the side opposite the open side.
Darüber hinaus ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass die Sekundär-Luftzufuhreinrichtung ein zweites Sekundär-Luftzufuhrrohr aufweist, dass außen am keramischen Brennrohr bzw. am doppelwandigen Zylinder derart vorbeigeführt ist, dass das Ende des zweiten Sekundär-Luftzufuhrrohres von der offenen Seite in das Brennrohr hineinragt. Dadurch ist sichergestellt, dass sich über die gesamte Länge des Brennrohres ausreichend Luftsauerstoff innerhalb des Brennrohres befindet, wodurch die Vergasung der flüchtigen Bestandteile des Brennstoffes verbessert werden kann.About that In addition, according to another embodiment provided that the secondary air supply means a Second secondary air supply pipe has that outside on the ceramic combustion tube or on the double-walled cylinder in such a way is passed that the end of the second secondary air supply pipe protrudes from the open side into the combustion tube. This ensures that extends over the entire length of the combustion tube sufficient atmospheric oxygen is located within the combustion tube, thereby Gasification of volatile components of fuel can be improved.
Grundsätzlich besteht zwar die Möglichkeit, dass die Primär-Luftzufuhreinrichtung und die Sekundär-Luftzufuhreinrichtung an ein gemeinsames Gebläse angeschlossen sind, vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, dass die Primär-Luftzufuhreinrichtung und die Sekundär-Luftzufuhreinrichtung jeweils an ein eigenes Gebläse angeschlossen sind. Dadurch besteht die Möglichkeit, dass die Menge und/oder der Druck der Luft, die durch die Primär-Luftdüsen auf den Brennstoff in der Brennstelle bzw. durch die Sekundär-Luftdüsen und das zweite Sekundär-Luftzufuhrrohr in die Flamme geblasen wird, unabhängig voneinander eingestellt werden können.in principle Although there is a possibility that the primary air supply device and the secondary air supply device to a common blower are connected, but it is preferably provided that the Primary air supply device and the secondary air supply device each connected to its own fan. Thereby There is a possibility that the amount and / or pressure the air passing through the primary air nozzles on the Fuel in the combustion chamber or through the secondary air nozzles and the second secondary air supply pipe is blown into the flame, can be adjusted independently of each other.
Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn ein Messfühler vorgesehen ist, der mindestens einen Abgaswert des Brenners, insbesondere den Restsauerstoffgehalt misst, wobei dann in Abhängigkeit vom gemessenen Abgaswert die Menge und/oder der Druck der Luft durch die Primär-Luftzufuhreinrichtung und/oder durch die Sekundär-Luftzufuhreinrichtung eingestellt oder geregelt werden.in this connection It is particularly advantageous if a sensor is provided is the at least one exhaust gas value of the burner, in particular the Residual oxygen content measures, in which case depending from the measured exhaust gas value, the amount and / or the pressure of the air the primary air supply device and / or set by the secondary air supply device or regulated.
Das erfindungsgemäße Heizungssystem besteht aus dem erfindungsgemäßen Brenner und zumindest einem Heizkessel, wobei der Heizkessel an die offene Seite des Brenners bzw. des Brennrohres angrenzt. Bezüglich der Vorteile eines derartigen Heizungssystems wird zunächst auf die zuvor beschriebenen Vorteile des erfindungsgemäßen Brenners verwiesen. Das Heizungssystem zeichnet sich darüber hinaus dadurch aus, dass es modular aufgebaut ist. Je nach gewünschtem Verwendungszweck, insbesondere in Abhängigkeit von der mit dem Heizungssystem erzielbaren Leistung und des verwendeten Brennstoffes, kann der erfindungsgemäße Brenner mit unterschiedlichen Heizkesseln kombiniert werden.The Heating system according to the invention consists of the inventive burner and at least one Boiler, with the boiler to the open side of the burner or of the combustion tube adjacent. Regarding the advantages of a such heating system is first on the previously described advantages of the burner according to the invention directed. The heating system stands out characterized in that it is modular. Depending on the desired Use, in particular depending on the achievable with the heating system and the performance used Brennstoffes, the burner of the invention can be combined with different boilers.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Heizungssystems weist der Heizkessel ein Kesselunterteil und ein Kesseloberteil auf, wobei im Kesselunterteil ein Ausbrand- bzw. Ausglühraum als zweite Verbrennungsstufe angeordnet ist und die offene Seite des Brennrohres in das Kesselunterteil hineinragt, so dass der aus dem Brennrohr heraus transportierte feste Kohlenstoff in den Ausbrand- bzw. Ausglühraum gelangt und dort weiter ausbrennt bzw. ausglüht. Das Kesseloberteil weist zumindest eine Kesselwand, einen Kesseldeckel und ein innerhalb der Kesselwand angeordnetes Flammenrohr auf, wobei die im Ausbrand- bzw. Ausglühraum entstehenden Rauchgase zusammen mit den aus dem Brennrohr aufsteigenden Rauchgasen im Flammenrohr ausbrennen. Bei einer derartigen Ausgestaltung des Heizkessels weist das Heizungssystem somit neben der im Brenner realisierten ersten Verbrennungsstufe eine im Kesselunterteil des Heizkessels ausgebildete zweite Verbrennungsstufe auf, in der die in der ersten Verbrennungsstufe nur teilweise ausgebrannten Brennstoffe, die noch einen Kohlenstoffanteil und damit auch noch einen Energiewert aufweisen, weiter ausbrennen können.at a preferred embodiment of the heating system, the boiler a boiler base and a boiler shell on, in the boiler base a Ausbrand- or Ausglühraum as a second combustion stage is arranged and the open side of the combustion tube in the boiler base protrudes so that the transported out of the combustion tube fixed Carbon enters the Ausbrand- or Ausglühraum and burns out there or anneals. The boiler shell has at least one boiler wall, a boiler lid and an inside the boiler wall arranged flame tube, wherein the burnout in the or Ausglühraum resulting flue gases together with the Burn out of the combustion tube ascending flue gases in the flame tube. In such an embodiment of the boiler, the heating system thus in addition to the realized in the burner first combustion stage one formed in the boiler base of the boiler second combustion stage on, in which in the first combustion stage only partially burned out fuels, the still a carbon content and thus also an energy value have, continue to burn out.
Bei dem Heizsystem wird die zu verbrennende Biomasse in flüchtige Bestandteile einerseits und festen Kohlenstoff andererseits aufgespalten, wobei der feste Kohlenstoff nicht im Brennrohr sondern im Ausbrand- bzw. Ausglühraum des Heizkessels ausbrennt. Eine derartige Ausgestaltung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn als Biomasse ein Brennstoff verwendet wird, der einen relativ niedrigen Ascheerweichungspunkt aufweist, wie dies in der Regel bei Getreide und Stroh der Fall ist. Dadurch, dass der feste Kohlenstoff nicht in dem sehr heißen Brennrohr, sondern in dem eine niedrigere Temperatur aufweisenden Ausbrand- und Ausglühraum weiter ausbrennt, wird eine Verschlackung des festen Kohlenstoffes verhindert.at the heating system, the biomass to be burned in volatile Components on the one hand and solid carbon on the other split where the solid carbon is not in the combustion tube but in the combustion or annealing chamber of the boiler burns out. Such Embodiment is particularly advantageous if as biomass a fuel is used which has a relatively low ash softening point as is usually the case with cereals and straw is. Because the solid carbon is not in the very hot Burning tube, but in which a lower temperature having Burn-out and Ausglühraum burns out, is a slag of solid carbon is prevented.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Heizkessel von einem vorzugsweise mehr zügigen Wärmetauscher umgeben, der dann die eigentliche Außenwand des Heizkessels bzw. des Kesseloberteils des Heizkessels darstellt. Der Wärmetauscher ist dabei bevorzugt mit Teflon oder einem anderen hitzebeständigen Material beschichtet. Vorzugsweise weist dabei der Heizkessel und/oder der Wärmetauscher mindestens einen Zug auf, in dem die Rauchgase abwärts strömen, so dass es zu einer Beruhigung der Rauchgase und insbesondere von in den Rauchgasen enthaltenen Staubpartikeln kommen kann. Außerhalb des Flammenrohres ist dann mindestens ein Abscheideraum vorgesehen, in den die Staubpartikel absinken können.According to one preferred embodiment, the boiler of a preferably surrounded more rapid heat exchanger, then the actual outer wall of the boiler or boiler shell represents the boiler. The heat exchanger is included preferably with Teflon or another heat resistant Coated material. Preferably, the boiler and / or the heat exchanger at least one train in which the flue gases flow downwards, making it a reassurance the flue gases and in particular of those contained in the flue gases Dust particles can come. Outside the flame tube then at least one separation space is provided in the dust particles can fall.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist das Heizungssystem zusätzlich ein zweites Kesselunterteil auf, das an das Kesselunterteil des Heizkessels angrenzt. Der feste Kohlenstoff wird dabei durch den Ausbrand- bzw. Ausglühraum des ersten Kesselunterteils in einen im zweiten Kesselunterteil ausgebildeten zweiten Ausbrand- bzw. Ausglühraum transportiert, so dass der feste Kohlenstoff dort weiter ausbrennen bzw. ausglühen kann. Der zweite Ausbrand- bzw. Ausglühraum im zweiten Kesselunterteil ist derart angeordnet und ausgebildet, dass auch die dort entstehenden Rauchgase, zusammen mit den aus dem Brennrohr aufsteigenden Rauchgasen und den Rauchgasen aus dem ersten Ausbrand- bzw. Ausglühraum, im Flammenrohr ausbrennen.According to a further embodiment the heating system additionally has a second boiler lower part, which adjoins the boiler lower part of the boiler. The solid carbon is transported through the Ausbrand- or Ausglühraum of the first boiler base in a formed in the second boiler base second burn-out or Ausglühraum so that the solid carbon there burn out or anneal. The second Ausbrand- or Ausglühraum in the second boiler base is arranged and designed so that the flue gases formed there burn out, together with the rising from the combustion tube flue gases and the flue gases from the first Ausbrand- or Ausglühraum in the flame tube.
Weist das erfindungsgemäße Heizungssystem ein zweites Kesselunterteil auf, so kann vorteilhafter weise ein separater Wärmetauscher vorgesehen sein, der auf dem zweiten Kesselunterteil angeordnet und derart mit dem Kesseloberteil des Heizkessels verbunden ist, dass die im Flammenrohr ausbrennenden Rauchgase durch die Züge des Wärmetauschers geleitet werden. Durch die Verwendung eines separaten Wärmetauschers kann die mit dem erfindungsgemäßen Heizungssystem erreichbare Leistung weiter erhöht werden. Durch den modulartigen Aufbau des Heizungssystems besteht dabei die Möglichkeit, für unterschiedliche Leistungen unterschiedliche Wärmetauscher mit dem zweiten Kesselunterteil zu verbinden.has the heating system according to the invention a second Kesselunterteil, so may advantageously a separate heat exchanger be provided, which is arranged on the second boiler base and thus connected to the boiler shell of the boiler, that the burning in the flame tube flue gases through the trains be passed to the heat exchanger. By use a separate heat exchanger can with the inventive Heating system achievable performance can be further increased. Due to the modular design of the heating system consists the opportunity for different services different heat exchangers with the second boiler lower part connect to.
Im
Einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten,
den erfindungsgemäßen Brenner bzw. das erfindungsgemäße
Heizsystem auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen
sowohl auf die den Patentansprüchen 1 und 15 nachgeordneten
Patentansprüche, als auch auf die Beschreibung eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. In
der Zeichnung zeigenin the
Individuals now have a multitude of possibilities
the burner according to the invention or the inventive
Design and develop heating system. Reference is made to this
both to the
Die
Um
den Prozess der Endgasung des mittels einer – hier nicht
dargestellten – Zündeinrichtung gezündeten
Brennstoffes
Wie
aus
Insbesondere
aus
Die
in
In
Sowohl
die Antriebswelle
Wie
aus den
Bei
dem erfindungsgemäßen Brenner
Wie
aus den
Die
Wie
aus
Bei
dem in den
Das
in den
Auf
dem zweiten Kesselunterteil
Über
einen Messfühler
Das
dargestellte Heizungssystem
Auf
der dem Brenner
Aus
der obigen Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Brenners
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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