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EP2058589B1 - Heizkessel für die Verbrennung von festem Brennstoff - Google Patents

Heizkessel für die Verbrennung von festem Brennstoff Download PDF

Info

Publication number
EP2058589B1
EP2058589B1 EP08019476A EP08019476A EP2058589B1 EP 2058589 B1 EP2058589 B1 EP 2058589B1 EP 08019476 A EP08019476 A EP 08019476A EP 08019476 A EP08019476 A EP 08019476A EP 2058589 B1 EP2058589 B1 EP 2058589B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
combustion
air supply
boiler
fuel
burner
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Not-in-force
Application number
EP08019476A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2058589A2 (de
EP2058589A3 (de
Inventor
Werner Boos
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHT PROJEKT GmbH
Original Assignee
IHT Projekt GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IHT Projekt GmbH filed Critical IHT Projekt GmbH
Publication of EP2058589A2 publication Critical patent/EP2058589A2/de
Publication of EP2058589A3 publication Critical patent/EP2058589A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2058589B1 publication Critical patent/EP2058589B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23B—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
    • F23B80/00—Combustion apparatus characterised by means creating a distinct flow path for flue gases or for non-combusted gases given off by the fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23B—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
    • F23B40/00—Combustion apparatus with driven means for feeding fuel into the combustion chamber
    • F23B40/04—Combustion apparatus with driven means for feeding fuel into the combustion chamber the fuel being fed from below through an opening in the fuel-supporting surface

Definitions

  • the invention relates to a combustion boiler for the combustion of solid fuel, in particular biomass, with a boiler wall and a boiler lid, with a combustion chamber as the first combustion stage, with a primary air supply means, with an ignition device, with a feed device for conveying the fuel to the burner a burn-out or Ausgllickaum as a second combustion stage, with an open-topped combustion chamber and with a flame tube, wherein the Ausbrand- or Ausgllickaum is arranged below the focal point so that fuel from the focal point in the Ausbrand- or Ausgllickaum can be brought and there further burns out or anneals, wherein the focal point and the Ausbrand- or Ausgllickaum are arranged together in the combustion chamber, and wherein the flame tube connects to the top of the combustion chamber, so that the resulting in Ausbrand- or Ausgllickaum flue gases together with the Rough arising over the firing point Burn out combustion gases in the flame tube, wherein the primary air supply means comprises an air supply pipe and a hollow body, in
  • the invention also relates to a method for generating heat energy by burning a fuel, in particular biomass, in a boiler, wherein the fuel is burned in a first combustion stage and wherein burned out in the first combustion stage or partially burned fuel, the still a carbon content has, in a second combustion or Ausglühissue further burned or annealed.
  • combustible substances are regularly burned in order to utilize the thermal energy obtained for heating media.
  • the heating takes place with the aid of a heat exchanger, for example an air-water heat exchanger, in which the water is heated by the hot air produced during combustion of the fuels.
  • a heat exchanger for example an air-water heat exchanger, in which the water is heated by the hot air produced during combustion of the fuels.
  • fossil fuels such as petroleum, natural gas or coal
  • renewable raw materials especially wood in the form of wood chips and pellets
  • Such pellet boilers which are also referred to as log wood boilers, are now available in a very large power range of about 5 to 100 kW.
  • biomass is to be understood as meaning renewable raw materials. These include next to 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.
  • a number of problems have arisen in the operation of the wood pellet boilers with grain, so far it has been difficult to achieve operation of the same quality as the intended fuel.
  • the main problems are inferior efficiency due to poorer grain burnout, increased emissions of dust, carbon monoxide, hydrocarbons and nitrogen oxides, which often exceed the allowable limits of the boilers, and increased ash content, which causes problems in ash discharge and leads to problems due to slagging.
  • the flue gases which form during combustion or annealing of the fuels in the combustion or annealing space have lower exhaust gas values due to the somewhat lower temperatures prevailing there Combustion of the fuel in the first combustion stage resulting smoke or fuel gases are supplied and burn out together with these within the flame tube in the prevailing high heat, so that the exhaust gas values of the boiler are hardly negatively affected by the "bad" emission levels from the second combustion stage ,
  • the present invention is therefore based on the Aufgrabe to provide a boiler for the combustion of solid fuels, in particular of biomass, and a method for generating heat energy by combustion of biomass, in the simplest possible way, the emission levels, in particular be further reduced by nitrogen oxides.
  • the primary air supply means comprises an air supply passage and air nozzles formed in a double-walled part of the combustion chamber serving as an air passage.
  • the flue gases resulting from the lower temperature in the burn-out or annealing space during combustion or annealing of the fuel residues, which have inferior pollutant values, together with the flue gases generated during combustion of the Fuel burns on the combustion, burn out within the flame tube in the prevailing great heat.
  • the merging of the flue gases from the first combustion stage and the second combustion stage immediately above the combustion point can adversely affect the combustion of the fuel at the combustion site.
  • the embodiment and arrangement of the primary air supply device according to the invention ensures that the poorer flue gases from the second combustion stage only mix above the primary air supply device with the flue gases formed at the combustion point during the combustion of the fuel. This ensures that the combustion air blown into the first combustion zone from the primary air supply device is not adversely affected by the "worse" flue gases from the second combustion zone, so that the flames at the combustion point can not be “smothered” by the flue gases.
  • the primary air supply device as a hollow body with a plurality of air nozzles on a pipe ring.
  • the air nozzles By an annular arrangement of the air nozzles an optimal supply of serving as combustion air primary air to the burner is possible.
  • the air nozzles are arranged in the hollow body so that air is blown at an angle of about 5 ° to 45 ° to the vertical to the firing point, resulting in a uniform burnout of the fuel on the preferably designed as a burning plate focal point.
  • a second primary air supply device is arranged below the focal point, through which the carbonaceous ash contained in the Ausbrand- or Ausgllickaum combustion air is supplied.
  • the second primary air supply means preferably also has an air supply pipe and a hollow body with a plurality of air nozzles, is blown through the air to the burned or partially burned out glowing fuel in Ausbrand- or Ausglrockaum.
  • the air supply pipe of the first primary air supply device and the air supply pipe of the second primary air supply device are connected to a common fan, it is preferably provided that the first primary air supply device and the second primary air supply device each have their own Blower connected are. There is thus the possibility that the quantity and / or the pressure of the air which is blown through the first or second primary air supply device onto the fuel at the combustion point or onto the burned out or partially burnt out fuels in the burnout or annealing space , can be adjusted independently.
  • the boiler is associated with a sensor which measures at least one exhaust gas value of the boiler, in particular the residual oxygen content of the flue gases in the exhaust duct of the boiler, then depending on the measured exhaust gas value and / or the pressure of the air is adjusted by the second primary Lunzuschreib landmark.
  • This makes it possible to produce during the combustion of the fuel at the focal point by a correspondingly adjusted air supply via the second primary Lunzuschreib Nurs in the second combustion stage strongly CO-containing flue gas, which, without affecting the combustion in the first combustion stage, together with the flue gas burns out of the first combustion stage in the high heat within the flame tube.
  • An increased CO content of the flue gas causes a desired reduction in the proportion of nitrogen oxides in the flue gas. Measurements have shown that this makes it possible to reduce the proportion of nitrogen oxides (NOx) to less than 500 mg / m 3, based on 13% residual oxygen (reference oxygen).
  • a moving element is arranged in the combustion chamber, which stirs the fuel at the focal point and pushes burned or partially burned fuel over the edge of the combustion, so that these fuel residues fall into the underlying Ausbrand- or Ausglrockaum.
  • the movement element at the same time prevents or at least reduces the formation of slag lumps on the burner, since the fuel is always in motion.
  • new, promoted via the feeder to the burner fuel is mixed under the already burning fuel, which requires a uniform combustion of the fuel.
  • a secondary air supply device may be provided above the first primary air supply device, which has a secondary air supply pipe and a plurality of air nozzles and / or a plurality of air slots.
  • the connection of the secondary air supply pipe with the air nozzles or the air slots can be realized in that the lower, adjacent to the combustion chamber region of the flame tube is double-walled. This double-walled region of the flame tube then serves as an air channel through which the secondary air flows from the secondary air supply pipe to the air nozzles or air slots.
  • the formation of the secondary air supply device described above is not absolutely necessary, since not only sufficient combustion air for the combustion of arranged on the combustion fuel can be provided via a corresponding adjustment of the amount of air through the first primary air supply, but at the same time a sufficient secondary air supply during the combustion of the volatile constituents above the combustion point, in particular in the lower region of the flame tube, can be ensured.
  • the object underlying the invention is achieved in that the resulting in the second combustion or Ausglühside flue gases are guided so that they are initially passed past substantially at the first combustion stage, so that the flue gases of the second combustion or Ausglühnote not adversely affect the combustion of the fuel in the first combustion stage, and then supplied to the resulting in the first combustion stage flue gases and burn out together with these at high heat.
  • the method is further developed in that air is blown into the first combustion zone through a first primary air supply device which is arranged above the combustion point on which the fuel burns.
  • a first primary air supply device which is arranged above the combustion point on which the fuel burns.
  • air is blown onto the burnt out or partially burned out fuel in the burnout or Ausglmulaum by a second primary air supply means, which is arranged below the combustion chamber.
  • the first primary air supply means and the second primary air supply means can be adjusted independently of each other.
  • At least one exhaust gas value of the boiler in particular the residual oxygen content of the flue gases in the exhaust duct of the boiler is measured, and depending on the measured exhaust gas value, the amount and / or pressure of the air through the second primary air supply means the burned or partially burned fuel is blown in Ausbrand- or Ausglrockaum set.
  • the heat generated in the first combustion stage and / or in the second combustion or Ausglühtreatment can be used for heating air, which is supplied to the first combustion stage and the second combustion or Ausglühhand.
  • the supplied via the feed amount of fuel is adjusted so that only the solid, endgaste residual carbon, which remains from the fuel falls over the edge of the focal point in the underlying Ausbrand- or Ausglmulaum.
  • the amount of combustion air which is blown through the first primary air supply means in the first combustion stage, as well as the size and speed of any existing movement element on the combustion chamber is taken into account or also adjusted accordingly.
  • the figures show a boiler 1 for the combustion of solid fuel, in particular of - Fig. 3 schematically represented crops 2, such as barley, rye, wheat or corn, as well as cereal-like substances such as straw and oilseed rape. Below is - without the invention being limited thereto - always be talking about grain.
  • FIGS. 1 and 2 show one from the EP 1 288 570 A2 known boiler 1, while in Fig. 3 the internal structure of the boiler 1 according to the invention is shown.
  • Fig. 3 shows the differences between the boiler 1 according to the invention described in more detail below Fig. 3 and the boiler 1 according to the Fig. 1 and 2
  • a plurality of features can be realized, which in the Fig. 1 and 2 are shown.
  • the boiler 1 - both in accordance with Fig. 1 and 2 as well as according to Fig. 3 - consists of a cylindrical boiler wall 3, which is completed by a round, heat and fire resistant boiler cover 4 upwards. Inside is the actual, designed as a burning plate 5 focal point on which the grain 2 is burned. For this purpose, the grain 2 via a feeder 6 in the form of a screw conveyor through a in the middle of the Brenntellers 5 formed opening 7 from a arranged outside the boiler 1 reservoir 8 to the focal point 5 is brought.
  • the grain 2, which is located in the focal point 5, is ignited by means of an ignition device 9, for example designed ignition device, wherein the grain 2 for combustion necessary combustion air via a - described in more detail below - primary air supply device is supplied.
  • a burn-out or annealing space 10 is arranged as a second combustion stage, in which burnt-out or partially burned-out grain 2 falling over the edge of the burning plate 5 is collected. Since in the first stage of combustion of the grain 2 burn only the easily and easily combustible substances, is in the falling of the fuel plate 5 cereal residues 2 '(schematically in Fig. 3 shown) still carbon and thus also contain a usable energy content, which is now exploited by the fact that the grain residues 2 'in the Ausbrand- or Ausglmulmulaum 10 continue to burn out or anneal and the resulting heat in addition to the resulting in the first stage of combustion Heat is used.
  • the combustion point 5 and the burnout or annealing space 10 are arranged in a common, open-topped combustion chamber 11.
  • the primary air supply means an air supply pipe 15 and a tubular ring 16 formed as a hollow body in which a plurality of air nozzles 17 are formed such that the injected from the primary air supply combustion air at an angle of about 5 ° to 45 ° is blown to the perpendicular to lying on the burner plate 5 cereal 2.
  • the primary air supply means in particular the pipe ring 16 so above the burner plate 5 and spaced from the lower edge of the flame tube 12 arranged that the burn-out or annealing of cereal residues 2 'in Ausbrand- or Ausglmulaum 10 resulting flue gases 13th outside of the pipe ring 16 and the burner plate 5, and thus at the first combustion stage, are passed.
  • the primary air supply device adjoins the in the Fig. 1 and 2 shown known boiler 1 directly to the lower edge of the flame tube 12, so that the worse flue gases 13 are guided out of the Ausbrand- or Ausglrockaum 10 within the primary air supply device.
  • the upper, the firing plate 5 partially enclosing area 18 of the combustion chamber 11 is double-walled.
  • the "worse" flue gases 13 flow from the Ausbrand- or Ausglrockaum 10 immediately below the air nozzles 17 along, so that the flue gases 13 mix with the air serving as combustion air of the primary air supply means. Under certain circumstances, this can lead to the flames of the grain 2 burning on the burning plate 5 being suffocated, so that even in the first stage of combustion, it can - unintentionally - lead to a strong generation of smoke.
  • the flue gases 13 are guided with sufficient distance around the first combustion zone, so that it does not come to a mixing of the flue gases 13 with the blown through the air nozzles 17 combustion air in the first combustion stage.
  • a second primary air supply device is provided in order to improve the annealing or burning out of the grain residues 2 'located in the burn-out or annealing space 10.
  • the second primary air supply device also has an air supply pipe 19 and a pipe ring 20, in which a plurality of air nozzles 21 are formed, is blown through the combustion air to the grain residues 2 '.
  • a movement element 24 is arranged slightly above the burner plate 5 in such a way that the grain 2, which is located on the burner plate 5, stirs and burns out burnt-out or partially burned cereal residues 2 'over the edge of the burner plate 5, so that they penetrate into the underlying burn-out area. or annealing space 10 fall.
  • the moving element 24 is adapted to the shape of the burner plate 5 and has at its end triangular Shovels 25 up.
  • a second moving member 26 is arranged, which stirs the cereal residues 2 ', which are located in Ausbrand- or Ausglmulatingaum 10 and new incandescent, falling from the burning plate 5 cereal residues 2' stirred.
  • the two movement elements 24 and 26 are attached to a common shaft 27 which is driven by a motor 28.
  • the end of an ash discharge screw 29, by means of which the burnt ash can be led out of the boiler 1 automatically.
  • the ash discharge screw 29 may also be directed horizontally or obliquely downward.
  • a secondary air supply device is provided above the primary air supply device, by means of which additionally combustion air can be blown into a combustion zone in the region of the flame tube 12.
  • the secondary air supply device has a secondary air supply pipe 30 and a plurality of air nozzles 31 and air slots 32, through which the air is blown into the flames in the flame tube 12.
  • the lower, adjacent to the combustion chamber 11 portion 33 of the flame tube 12 is double-walled, resulting in the advantage that the secondary air is heated by the prevailing in the combustion chamber 11 and in the flame tube 12 heat before she is blown into the interior of the flame tube 12.
  • FIG. 1 In addition, it can be seen that the boiler 1 or the boiler wall 3 and the boiler lid 4 is surrounded by an air-water heat exchanger 34, which is the actual outer wall of the boiler 1.
  • the heat exchanger 34 has a plurality of trains 35a, 35b, wherein the flue gas flows at least in a train 35b down, so that dust particles, which ascend when burning in the flame tube 12, calm down the subsequent downward flow and provided in the outside of the combustion chamber 11 Separation chambers 36, 37 can sink.
  • the design of the heat exchanger is based on the relevant embodiments in the EP 1 288 570 A2 directed.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Heizkessel für die Verbrennung von festem Brennstoff, insbesondere Biomasse, mit einer Kesselwand und einem Kesseldeckel, mit einer Brennstelle als erste Verbrennungsstufe, mit einer Primär-Luftzufuhreinrichtung, mit einer Zündeinrichtung, mit einer Zuführeinrichtung zur Förderung des Brennstoffs zur Brennstelle, mit einem Ausbrand- bzw. Ausglühraum als zweite Verbrennungsstufe, mit einer nach oben offenen Brennkammer und mit einem Flammenrohr, wobei der Ausbrand- bzw. Ausglühraum derart unterhalb der Brennstelle angeordnet ist, dass Brennstoff von der Brennstelle in den Ausbrand- bzw. Ausglühraum verbringbar ist und dort weiter ausbrennt bzw. ausglüht, wobei die Brennstelle und der Ausbrand- bzw. Ausglühraum gemeinsamen in der Brennkammer angeordnet sind, und wobei sich das Flammenrohr nach oben an die Brennkammer anschließt, so dass die im Ausbrand- bzw. Ausglühraum entstehenden Rauchgase zusammen mit den über der Brennstelle entstehenden Rauchgasen im Flammenrohr ausbrennen, wobei die Primär-Luftzufuhreinrichtung ein Luftzufuhrrohr und einen Hohlkörper, insbesondere einen Rohrring, mit mehre Luftdüsen aufweist, die oberhalb der Brennstelle angeordnet sind und mittels der Primär-Luftzufuhreinrichtung Luft in die erste Verbrennungszone einblasbar ist.
  • Daneben betrifft die Erfindung noch ein Verfahren zur Erzeugung von Wärmeenergie durch Verbrennen eines Brennstoffes, insbesondere Biomasse, in einem Heizkessel, wobei der Brennstoff in einer ersten Verbrennungsstufe verbrannt wird und wobei der in der ersten Verbrennungsstufe ausgebrannte bzw. teilweise ausgebrannte Brennstoff, der noch einen Kohlenstoffanteil aufweist, in einer zweiten Verbrennungs- bzw. Ausglühstufe weiter ausbrennt bzw. ausglüht.
  • 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 Heizkesseln, bei denen fossile Brennstoffe wie beispielsweise Erdöl, Erdgas oder Kohle verbrannt werden, gibt es auch 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.
  • 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.
  • Beim Betrieb der für Holzpellets vorgesehenen Heizkessel mit Getreide ist 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.
  • Ein eingangsbeschriebener Heizkessel, von dem die Erfindung ausgeht, ist aus der EP 1 288 570 A2 bekannt. Bei dem bekannten Heizkessel ist zusätzlich zur eigentlichen Brennstelle - der ersten Verbrennungsstufe - ein Ausbrand- bzw. Ausglühraum als zweite Verbrennungsstufe vorgesehen, 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. Da der Ausbrand- bzw. Ausglühraum unterhalb der Brennstelle angeordnet ist, kann der Brennstoff einfach dadurch von der ersten Verbrennungsstufe zur zweiten Verbrennungsstufe gelangen, dass der Brennstoff von der Brennstelle in den Ausbrand- bzw. Ausglühraum fällt.
  • 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.
  • 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.
  • Trotz aller Vorteile, die der bekannte Heizkessel bereits aufweist, so bestehen Probleme bei der Einhaltung auch zukünftiger strengerer Emissionswerte, insbesondere wenn biogene Brennstoffe verwendet werden sollen, die sehr eiweißreich sind.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgrabe zugrunde, einen Heizkessel für die Verbrennung von festen Brennstoffen, insbesondere von Biomasse, sowie ein Verfahren zur Erzeugung von Wärmeenergie durch Verbrennung von Biomasse zur Verfügung zu stellen, bei dem auf möglichst einfache Art und Weise die Emissionswerte, insbesondere von Stickoxiden weiter verringert werden.
  • Diese Aufgabe ist bei dem eingangs beschriebenen Heizkessel zunächst dadurch gelöst, wobei der die Luftdüsen aufweisende Hohlkörper derart innerhalb der Brennkammer angeordnet ist, dass die beim Ausbrennen bzw. Ausglühen der Brennstoffe in dem Ausbrand- bzw. Ausglühraum entstehenden Rauchgase im wesentlichen außen an dem die Luftdüsen aufweisenden Hohlkörper sowie außen an der Brennstelle vorbei geleitet werden, so dass die Rauchgase der zweiten Verbrennungsstufe die Verbrennung des Brennstoffes auf der Brennstelle nicht negativ beeinflussen.
  • Bei dem bekannten Heizkessel weist die Primär-Luftzufuhreinrichtung einen Luftzufuhrkanal und Luftdüsen auf, die in einem als Luftkanal dienenden doppelwandigen Teil der Brennkammer ausgebildet sind. Dadurch strömen die "schlechteren" Rauchgase aus dem Ausbrand- bzw. Ausglühraum zwar an der Brennstelle nicht jedoch an den Luftdüsen der Primär-Luftzufuhreinrichtung vorbei, so dass sich die "schlechteren" Rauchgase mit der als Verbrennungsluft dienenden Luft aus den Luftdüsen vermischen, was unter Umständen dazu führen kann, dass die Flammen auf der Brennstelle "erstickt" werden.
  • Erfindungsgemäß ist zunächst erkannt worden, dass es zwar von Vorteil ist, wenn die aufgrund der geringeren Temperatur im Ausbrand- bzw. Ausglühraum beim Verbrennen bzw. Ausglühen der Brennstoffreste entstehenden Rauchgase, die schlechtere Schadstoffwerte aufweisen, zusammen mit den Rauchgasen, die bei der Verbrennung des Brennstoffes auf der Brennstelle entstehen, innerhalb des Flammenrohres in der dort herrschenden großen Hitze ausbrennen. Gleichzeitig kann jedoch das Zusammenführen der Rauchgase aus der ersten Verbrennungsstufe und der zweiten Verbrennungsstufe unmittelbar über der Brennstelle die Verbrennung des Brennstoffes auf der Brennstelle negativ beeinflussen.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung und Anordnung der Primär-Luftzufuhreinrichtung wird dagegen gewährleistet, dass sich die schlechteren Rauchgase aus der zweiten Verbrennungsstufe erst oberhalb der Primär-Luftzufuhreinrichtung mit den bei der Verbrennung des Brennstoffes auf der Brennstelle entstehenden Rauchgasen vermischen. Dadurch ist sichergestellt, dass die von der Primär-Luftzufuhreinrichtung in die erste Verbrennungszone eingeblasene Verbrennungsluft nicht durch die "schlechteren" Rauchgase aus der zweiten Verbrennungszone beeinträchtigt wird, so dass auch die Flammen auf der Brennstelle durch die Rauchgase nicht "erstickt" werden können.
  • Durch die gemeinsame Anordnung der Brennstelle und des Ausbrand- bzw. Ausglühraumes innerhalb der Brennkammer sowie die Anordnung des Flammenrohres oberhalb der Brennkammer ist dabei weiterhin sichergestellt, dass die "schlechteren" Raugase aus der zweiten Verbrennstufe gemeinsam mit den Rauchgasen aus der ersten Verbrennungsstufe innerhalb des Flammenrohres in der dort herrschenden großen Hitze ausbrennen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Primär-Luftzufuhreinrichtung als Hohlkörper mit mehreren Luftdüsen einen Rohrring auf. Durch eine kreisringförmige Anordnung der Luftdüsen ist dabei eine optimale Zuführung der als Verbrennungsluft dienenden Primär-Luft zur Brennstelle möglich.
  • Vorzugsweise sind die Luftdüsen im Hohlkörper so angeordnet, dass Luft unter einem Winkel von ca. 5º bis 45º zur Senkrechten zur Brennstelle geblasen wird, was zu einem gleichmäßigen Ausbrennen des Brennstoffes auf der vorzugsweise als Brennteller ausgebildeten Brennstelle führt.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist unterhalb der Brennstelle eine zweite Primär-Luftzufuhreinrichtung angeordnet, durch die der in dem Ausbrand- bzw. Ausglühraum enthaltenen kohlenstoffhaltigen Asche Verbrennungsluft zugeführt wird. Die zweite Primär-Luftzufuhreinrichtung weist dabei vorzugsweise ebenfalls ein Luftzufuhrrohr und einen Hohlkörper mit mehreren Luftdüsen auf, durch die Luft auf den ausgebrannten bzw. teilweise ausgebrannten glühenden Brennstoff im Ausbrand- bzw. Ausglühraum geblasen wird.
  • Grundsätzlich besteht zwar die Möglichkeit, dass das Luftzufuhrrohr der ersten Primär-Luftzufuhreinrichtung und das Luftzufuhrrohr der zweiten Primär-Luftzufuhreinrichtung an ein gemeinsames Gebläse angeschlossen sind, vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, dass die erste Primär-Luftzufuhreinrichtung und die zweite Primär-Luftzufuhreinrichtung jeweils an ein eigenes Gebläse angeschlossen sind. Dadurch besteht die Möglichkeit, dass die Menge und/oder der Druck der Luft, die durch die erste bzw. zweite Primär-Luftzufuhreinrichtung auf den Brennstoff auf der Brennstelle bzw. auf die ausgebrannten bzw. teilweise ausgebrannten Brennstoffe im Ausbrand- bzw. Ausglühraum geblasen wird, unabhängig voneinander eingestellt werden kann.
  • Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn dem Heizkessel ein Meßfühler zugeordnet ist, der mindestens einen Abgaswert des Heizkessels, insbesondere den Restsauerstoffgehalt der Rauchgase im Abgaskanal des Heizkessels misst, wobei dann in Abhängigkeit vom gemessenen Abgaswert die Menge und/oder der Druck der Luft durch die zweite Primär-Lunzufuhreinrichtung eingestellt wird. Dadurch besteht die Möglichkeit, während der Verbrennung des Brennstoffes auf der Brennstelle durch eine entsprechend eingestellte Luftzufuhr über die zweite Primar-Lunzufuhreinrichtung in der zweiten Verbrennungsstufe stark CO-haltiges Rauchgas zu produzieren, welches, ohne die Verbrennung in der ersten Verbrennungsstufe zu beeinflussen, zusammen mit dem Rauchgas aus der ersten Verbrennungsstufe in der großen Hitze innerhalb des Flammenrohres ausbrennt. Dabei bewirkt ein erhöhter CO-Gehalt des Rauchgases eine gewünschte Verringerung des Anteils an Stickoxiden im Rauchgas. Messungen haben gezeigt, daß dadurch der Anteil an Stickoxiden (NOx) auf unter 500 mg/m3 bezogen bei 13 % Restsauerstoff (Bezugssauerstoff) reduziert werden kann.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Heizkessels, die für sich bereits bei dem Heizkessel gemäß der EP 1 288 570 A2 realisiert ist, ist ein Bewegungselement in der Brennkammer angeordnet, das den Brennstoff auf der Brennstelle durchrührt und ausgebrannten bzw. teilweise ausgebrannten Brennstoff über den Rand der Brennstelle schiebt, so daß diese Brennstoffreste in den darunterliegenden Ausbrand- bzw. Ausglühraum fallen. Durch das Bewegungselement wird dabei gleichzeitig die Bildung von Schlackeklumpen auf der Brennstelle verhindert oder zumindest verringert, da der Brennstoff ständig in Bewegung ist. Außerdem wird neuer, über die Zuführeinrichtung zur Brennstelle beförderter Brennstoff unter den bereits brennenden Brennstoff untergemischt, was eine gleichmäßige Verbrennung des Brennstoffes fordert.
  • Zur weiteren Optimierung der Verbrennung kann oberhalb der ersten Primär-Luftzufuhreinrichtung eine Sekundär-Luftzufuhreinrichtung vorgesehen sein, die ein Sekundär-Luftzufuhrrohr und mehrere Luftdüsen und/oder mehrere Luftschlitze aufweist. Die Verbindung des Sekundär-Luftzufuhrrohres mit den Luftdüsen oder den Luftschlitzen kann dadurch realisiert sein, daß der untere, an die Brennkammer anschließende Bereich des Flammenrohres doppelwandig ausgeführt ist. Dieser doppelwandige Bereich des Flammenrohres dient dann als Luftkanal, durch den die Sekundär-Luft vom Sekundär-Luftzufuhrrohr zu den Luftdüsen bzw. Luftschlitzen strömt.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Heizkessel ist die Ausbildung der zuvor beschriebenen Sekundär-Luftzufuhreinrichtung jedoch nicht unbedingt erforderlich, da über eine entsprechende Einstellung der Luftmenge über die erste Primär-Luftzufuhreinrichtung nicht nur ausreichend Verbrennungsluft für die Verbrennung des auf der Brennstelle angeordneten Brennstoffes zur Verfügung gestellt werden kann, sondern zugleich auch eine ausreichende sekundäre Luftversorgung bei der Verbrennung der flüchtigen Bestandteile oberhalb der Brennstelle, insbesondere im unteren Bereich des Flammenrohres, gewährleistet werden kann.
  • Bei dem eingangs beschriebenen Verfahren ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, daß die in der zweiten Verbrennungs- bzw. Ausglühstufe entstehenden Rauchgase derart geführt werden, daß sie zunächst im wesentlichen an der ersten Verbrennungsstufe vorbeigeleitet werden, so daß die Rauchgase der zweiten Verbrennungs- bzw. Ausglühstufe die Verbrennung des Brennstoffes in der ersten Verbrennungsstufe nicht negativ beeinflussen, und dann den in der ersten Verbrennungsstufe entstehenden Rauchgasen zugeführt werden und gemeinsam mit diesen bei großer Hitze ausbrennen. Es erfolgt dadurch eine weitestgehende Trennung der Vergasung in der zweiten Verbrennungsstufe von der Vergasung bzw. Verbrennung in der ersten Verbrennungsstufe. Bezüglich der weiteren Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die zuvor beschriebenen Vorteile des erfindungsgemäßen Heizkessels verwiesen.
  • Vorteilhafterweise ist das Verfahren dadurch weiter ausgebildet, daß durch eine erste Primär-Luftzufuhreinrichtung, die oberhalb der Brennstelle, auf der der Brennstoff verbrennt, angeordnet ist, Luft in die erste Verbrennungszone eingeblasen wird. Darüber hinaus ist vorteilhafter Weise vorgesehen, daß durch eine zweite Primär-Luftzufuhreinrichtung, die unterhalb der Brennstelle angeordnet ist, Luft auf den ausgebrannten bzw. teilweise ausgebrannten Brennstoff im Ausbrand- bzw. Ausglühraum geblasen wird. Wie zuvor im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Heizkessel beschrieben, können auch bei dem Verfahren vorteilhafterweise die erste Primär-Luftzufuhreinrichtung und die zweite Primär-Luftzufuhreinrichtung unabhängig voneinander eingestellt werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mindestens ein Abgaswert des Heizkessels, insbesondere der Restsauerstoffgehalt der Rauchgase im Abgaskanal des Heizkessels gemessen, und in Abhängigkeit vom gemessenen Abgaswert die Menge und/oder der Druck der Luft, die durch die zweite Primär-Luftzufuhreinrichtung auf den ausgebrannten bzw. teilweise ausgebrannten Brennstoff im Ausbrand- bzw. Ausglühraum geblasen wird, eingestellt.
  • Außerdem kann die in der ersten Verbrennungsstufe und/oder in der zweiten Verbrennungs- bzw. Ausglühstufe entstehende Wärme zur Erwärmung von Luft verwendet werden, die der ersten Verbrennungsstufe bzw. der zweiten Verbrennungs- bzw. Ausglühstufe zugeführt wird.
  • Beim Betrieb des erfindungsgemäßen Heizkessels wird die über die Zuführeinrichtung zugeführte Brennstoffmenge so eingestellt, daß nur der feste, endgaste Restkohlenstoff, der vom Brennstoff überbleibt, über den Rand der Brennstelle in den darunterliegenden Ausbrand- bzw. Ausglühraum fällt. Dabei wird auch die Menge der Verbrennungsluft, die durch die erste Primär-Luftzufuhreinrichtung in die erste Verbrennungsstufe eingeblasen wird, sowie die Größe und Geschwindigkeit eines eventuelle vorhandenen Bewegungselements auf der Brennstelle berücksichtigt bzw. ebenfalls entsprechend eingestellt.
  • Während der fortlaufende Verbrennung des Brennstoffes auf der Brennstelle, d. h. in der ersten Verbrennungsstufe, wird im darunter angeordneten Ausbrand- bzw. Ausglühraum durch eine entsprechend geregelte Luftzugabe über die zweite Primär-Luftzufuhreinrichtung beim Verglühen des heruntergefallenen Restkohlenstoffs in der zweiten Verbrennungsstufe stark CO-haltiges Gas produziert, welches an der ersten Verbrennungsstufe vorbeigeleitet wird und dann zusammen mit den in der ersten Verbrennungsstufe entstehenden Rauchgasen im Bereich des Flammenrohres bei großer Hitze ausbrennt. Das von der zweiten Verbrennungsstufe stammende stark CO-haltige Gas bewirkt dabei eine Reduzierung des Anteils an Stickoxiden im Abgas des Heizkessels, ohne das es die Verbrennung des Brennstoffes auf der Brennstelle negativ beieinflußt.
  • Im einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, den erfindungsgemäßen Heizkessel bzw. das erfindungsgemäße Verfahren auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen sowohl auf die den Patentansprüchen 1 und 10 nachgeordneten Patentansprüche, als auch auf die Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung eines Heizkessels gemäß dem Stand der Technik, im Schnitt,
    Fig. 2
    eine Skizze des inneren Aufbaus des Heizkessels gemäß Fig. 1, und
    Fig. 3
    eine Skizze des inneren Aufbaus eines erfindungsgemäßen Heizkessels.
  • Die Figuren zeigen einen Heizkessel 1 für die Verbrennung von festem Brennstoff, insbesondere von - in Fig. 3 schematisch dargestellten Getreide 2, wie Gerste, Roggen, Weizen oder Mais, sowie von getreideähnlichen Stoffen wie Stroh und Raps. Nachfolgend wird - ohne daß die Erfindung darauf beschränkt sein soll - stets von Getreide die Rede sein.
  • Die Figuren 1 und 2 zeigen dabei einen aus der EP 1 288 570 A2 bekannten Heizkessel 1, während in Fig. 3 der innere Aufbau des erfindungsgemäßen Heizkessels 1 dargestellt ist. Neben den nachfolgend noch genauer beschriebenen Unterschieden zwischen dem erfindungsgemäßen Heizkessel 1 gemäß Fig. 3 und dem Heizkessel 1 gemäß den Fig. 1 und 2, können bei dem erfindungsgemäßen Heizkessel 1 jedoch auch eine Vielzahl von Merkmalen realisiert sein, die in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind.
  • Der Heizkessel 1 - sowohl gemäß Fig. 1 und 2 als auch gemäß Fig. 3 - besteht aus einer zylinderförmigen Kesselwand 3, die von einem runden, hitze-und feuerbeständigem Kesseldeckel 4 nach oben abgeschlossen ist. Im Inneren befindet sich die eigentliche, als Brennteller 5 ausgebildete Brennstelle, auf der das Getreide 2 verbrannt wird. Hierzu wird das Getreide 2 über eine Zuführeinrichtung 6 in Form einer Förderschnecke durch eine in der Mitte des Brenntellers 5 ausgebildete Öffnung 7 aus einem außerhalb des Heizkessel 1 angeordneten Vorratsbehälter 8 zur Brennstelle 5 gebracht. Das Getreide 2, das sich in der Brennstelle 5 befindet, wird mit Hilfe einer beispielsweise als Zündelektrode 9 ausgebildeten Zündeinrichtung gezündet, wobei dem Getreide 2 die zur Verbrennung notwendige Verbrennungsluft über eine - nachfolgend noch näher beschriebene - Primär-Luftzufuhreinrichtung zugeführt wird.
  • Unterhalb der durch die Brennstelle 5 gebildeten ersten Verbrennungsstufe ist ein Ausbrand- bzw. Ausglühraum 10 als zweite Verbrennungsstufe angeordnet, in dem über den Rand des Brenntellers 5 fallendes ausgebranntes oder teilweise ausgebranntes Getreide 2 gesammelt wird. Da in der ersten Verbrennungsstufe von dem Getreide 2 nur die leicht und gut brennbaren Stoffe verbrennen, ist in den von dem Brennteller 5 fallenden Getreiderückständen 2' (schematisch in Fig. 3 dargestellt) noch Kohlenstoff und damit auch noch ein nutzbarer Energieanteil enthalten, der nun dadurch ausgenutzt wird, daß die Getreiderückstände 2' in dem Ausbrand- bzw. Ausglühraum 10 weiter ausbrennen bzw. ausglühen und die dabei entstehende Wärme zusätzlich zu der in der ersten Verbrennungsstufe entstehenden Wärme genutzt wird.
  • Aufgrund der geringeren Temperatur in dem Ausbrand- bzw. Ausglühraum 10 entstehen dort beim Verbrennen bzw. Ausglühen der Getreiderückstände 2' Rauchgase mit schlechteren Schadstoffwerten, wodurch die Abgaswerte des Heizkessels 1 insgesamt verschlechtert würden. Um diesen Nachteil, der mit der besseren Ausnutzung der in dem Getreide gespeicherten Energie gekoppelt ist, zu kompensieren, sind die Brennstelle 5 und der Ausbrand- bzw. Ausglühraum 10 in einer gemeinsamen, nach oben offenen Brennkammer 11 angeordnet.
  • Sowohl bei dem bekannten Heizkessel gemäß Fig. 1 und 2 als auch bei dem erfindungsgemäßen Heizkessel gemäß Fig. 3 schließt sich an die Brennkammer 11 nach oben ein Flammrohr 12 an, so daß die im Ausbrand- bzw. Ausglühraum 10 entstehenden "schlechteren" Rauchgase 13 zusammen mit den über der Brennstelle 5 entstehenden Rauchgasen 14 bei sehr hoher Temperatur innerhalb des vorzugsweise aus Keramik bestehenden oder mit Keramik ausgekleideten Flammrohres 12 ausbrennen. Dadurch wird erreicht, daß die "schlechteren" Rauchgase, die beim Verbrennen bzw. Ausglühen der Getreiderückstände 2' in dem Ausbrand- bzw. Ausglühraum 10 entstehen, optimal ausgebrannt werden. Durch die Brennkammer 11 wird somit eine Kapselung der beiden Verbrennungsstufen gewährleistet, so daß die "schlechteren" Rauchgase 13 der zweiten Verbrennungsstufe die Abgaswerte des Heizkessels 1 nicht beeinträchtigen.
  • Bei dem in Fig. 3 dargestellten erfindungsgemäßen Heizkessel 1 weist die Primär-Luftzufuhreinrichtung ein Luftzufuhrrohr 15 und einen als Rohrring 16 ausgebildeten Hohlkörper auf, in dem mehrere Luftdüsen 17 derart ausgebildet sind, daß die von der Primär-Luftzuführeinrichtung eingeblasene Verbrennungsluft unter einem Winkel von ca. 5° bis 45° zur Senkrechten zum auf dem Brennteller 5 liegenden Getreide 2 geblasen wird. Wie aus Fig. 3 erkennbar ist, ist dabei die Primär-Luftzufuhreinrichtung, insbesondere der Rohrring 16 derart oberhalb des Brenntellers 5 und beabstandet vom unteren Rand des Flammenrohres 12 angeordnet, daß die beim Ausbrennen bzw. Ausglühen der Getreiderückstände 2' im Ausbrand- bzw. Ausglühraum 10 entstehenden Rauchgase 13 außen am Rohrring 16 sowie am Brennteller 5, und damit an der ersten Verbrennungsstufe, vorbeigeleitet werden.
  • Im Unterschied dazu grenzt die Primär-Luftzufuhreinrichtung bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten bekannten Heizkessel 1 unmittelbar an den unteren Rand des Flammenrohres 12 an, so daß die schlechteren Rauchgase 13 aus dem Ausbrand- bzw. Ausglühraum 10 innerhalb der Primär-Luftzufuhreinrichtung geführt werden. Bei dem bekannten Heizkessel 1 ist der obere, den Brennteller 5 teilweise umschließende Bereich 18 der Brennkammer 11 doppelwandig ausgeführt. Dadurch, daß somit die Primär-Luftzufuhreinrichtung bei dem bekannten Heizkessel 1 nicht innerhalb der Brennkammer 11 angeordnet sondern Teil der Brennkammer 11 ist, strömen die "schlechteren" Rauchgase 13 aus dem Ausbrand- bzw. Ausglühraum 10 unmittelbar unterhalb der Luftdüsen 17 entlang, so daß sich die Rauchgase 13 mit der als Verbrennungsluft dienenden Luft der Primär-Luftzufuhreinrichtung vermischen. Dies kann unter Umständen dazu führen, daß die Flammen des auf dem Brennteller 5 brennenden Getreides 2 erstickt werden, so daß es auch in der ersten Verbrennungsstufe - ungewollt - zu einer starken Rauchentwicklung kommen kann.
  • Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung und Anordnung der Primär-Luftzufuhreinrichtung gemäß Fig. 3 werden dagegen die Rauchgase 13 mit ausreichendem Abstand um die erste Verbrennungszone geführt, so daß es nicht zu einer Vermischung der Rauchgase 13 mit der durch die Luftdüsen 17 eingeblasenen Verbrennungsluft in der ersten Verbrennungsstufe kommt.
  • Wie bei dem bekannten Heizkessel 1 gemäß den Fig. 1 und 2, so ist auch beim erfindungsgemäßen Heizkessel 1 gemäß Fig. 3 eine zweite Primär-Luftzufuhreinrichtung vorgesehen, um das Ausglühen bzw. Ausbrennen der sich im Ausbrand- bzw. Ausglühraum 10 befindenden Getreiderückstände 2' zu verbessern. Die zweite Primär-Luftzufuhreinrichtung weist dabei ebenfalls ein Luftzufuhrrohr 19 und einen Rohrring 20 auf, in dem mehrere Luftdüsen 21 ausgebildet sind, durch die Verbrennungsluft auf die Getreiderückstände 2' geblasen wird.
  • Während bei dem bekannten Heizkessel 1 das Luftzufuhrrohr 15 der ersten Primär-Luftzufuhremrichtung und das Luftzufuhrrohr 19 der zweiten Primär-Luftzufuhreinrichtung gemeinsam an einem Gebläse 22 angeschlossen sind, ist bei dem erfindungsgemäßen Heizkessel 1 das Luftzufuhrrohr 19 der zweiten Primär-Luftzufuhreinrichtung an einem zweiten, separaten Gebläse 23 angeschlossen. Dadurch besteht die Möglichkeit, die Menge und den Druck der Luft, die durch die erste Primär-Luftzufuhreinrichtung bzw. die zweite Primär-Luftzufuhreinrichtung auf das Getreide 2 bzw. die Getreiderückstände 2' geblasen wird, unabhängig voneinander einzustellen.
  • Nachfolgend werden noch weitere vorteilhafte Details des Heizkessels 1 insbesondere anhand der Fig. 1 und 2 erläutert, wobei diese Details - unabhängig davon ob sie in der Fig. 3 dargestellt sind oder nicht - auch bei dem erfindungsgemäßen Heizkessel 1 realisiert sein können.
  • Etwas oberhalb des Brenntellers 5 ist ein Bewegungselement 24 angeordnet, daß das Getreide 2, das sich auf dem Brennteller 5 befindet, durchrührt und ausgebrannte bzw. teilweise ausgebrannte Getreiderückstände 2' über den Rand des Brenntellers 5 schiebt, so daß diese in den darunterliegenden Ausbrand- bzw. Ausglühraum 10 fallen. Das Bewegungselement 24 ist dabei der Form des Brenntellers 5 angepaßt und weist an seinem Ende dreiecksförmige Schaufeln 25 auf. Im Ausbrand- bzw. Ausglühraum 10 ist ein zweites Bewegungselement 26 angeordnet, das die Getreiderückstände 2', die sich im Ausbrand- bzw. Ausglühraum 10 befinden durchrührt und neue glühende, vom Brennteller 5 fallende Getreiderückstände 2' unterrührt. Dadurch wird zum einen eine Verschlackung der Getreiderückstände 2' bzw. der entstehenden Asche verhindert, erfolgt zum anderen auch eine Zerkleinerung und damit eine Verdichtung der ausgebrannten Asche. Die beiden Bewegungselemente 24 und 26 sind dabei an einer gemeinsamen Welle 27 befestigt, die über einen Motor 28 angetrieben wird.
  • In den Boden des Ausbrand- bzw. Ausglühraums 10 führt das Ende einer Ascheaustragungsschnecke 29, mit deren Hilfe die ausgebrannte Asche automatisch aus dem Heizkessel 1 herausgeführt werden kann. Anders als in Fig. 1 dargestellt, kann dabei die Ascheaustragungsschnecke 29 auch waagerecht oder schräg nach unten gerichtet sein.
  • Zur weiteren Optimierung der Verbrennung ist gemäß den Fig. 1 und 2 oberhalb der Primär-Luftzuführeinrichtung eine Sekundär-Luftzufuhreinrichtung vorgesehen, mittels der zusätzlich Verbrennungsluft in eine Verbrenunungszone im Bereich des Flammrohres 12 eingeblasen werden kann. Die Sekundär-Luftzufuhreinrichtung weist ein Sekundär-Luftzufuhrrohr 30 und mehrere Luftdüsen 31 und Luftschlitze 32 auf, durch die die Luft in die Flammen im Flammenrohr 12 eingeblasen wird. Zur Realisierung der Sekundär-Zufuhreinrichtung ist der untere, an die Brennkammer 11 anschließende Bereich 33 des Flammrohres 12 doppelwandig ausgeführt, wodurch sich der Vorteil ergibt, daß die Sekundärluft durch die in der Brennkammer 11 bzw. in dem Flammrohr 12 herrschende Hitze erwärmt wird, bevor sie ins Innere des Flammrohres 12 geblasen wird.
  • Aus Fig. 1 ist darüber hinaus erkennbar, daß der Heizkessel 1 bzw. die Kesselwand 3 und der Kesseldeckel 4 von einem Luft-Wasser-Wärmetauscher 34 umgeben ist, der die eigentliche Außenwand des Heizkessels 1 darstellt. Der Wärmetauscher 34 weist mehrere Züge 35a, 35b auf, wobei das Rauchgas zumindest in einem Zug 35b nach unten strömt, so daß sich Staubpartikel, die beim Verbrennen im Flammenrohr 12 mit aufsteigen, beim nachfolgenden Abwärtsströmen beruhigen und in außerhalb der Brennkammer 11 vorgesehenen Abscheideräumen 36, 37 absinken können. Bezüglich weiterer Einzelheiten hinsichtlich der Ausbildung des Wärmetauscher wird auf die diesbezüglichen Ausführungen in der EP 1 288 570 A2 verwiesen.

Claims (13)

  1. Heizkessel für die Verbrennung von festem Brennstoff (2), insbesondere Biomasse, mit einer Kesselwand (3) und einem Kesseldeckel (4), mit einer Brennstelle (5) als erste Verbrennungsstufe, mit einer Primär-Luftzufuhreinrichtung, mit einer Zündeinrichtung, mit einer Zuführeinrichtung (6) zur Förderung des Brennstoffs (2) zur Brennstelle (5), mit einem Ausbrand- bzw. Ausglühraum (10) als zweite Verbrennungsstufe, mit einer nach oben offenen Brennkammer (11) und mit einem Flammenrohr (12),
    wobei der Ausbrand- bzw. Ausglühraum (10) derart unterhalb der Brennstelle (5) angeordnet ist, dass Brennstoff (2) von der Brennstelle (5) in den Ausbrand- bzw. Ausglühraum (10) verbringbar ist und dort weiter ausbrennt bzw. ausglüht,
    wobei die Brennstelle (5) und der Ausbrand- bzw. Ausglühraum (10) gemeinsamen in der Brennkammer (11) angeordnet sind, und
    wobei sich das Flammenrohr (12) nach oben an die Brennkammer (11) anschließt, so dass die im Ausbrand- bzw. Ausglühraum (10) entstehenden Rauchgase (13) zusammen mit den über der Brennstelle (5) entstehenden Rauchgasen (14) im Flammenrohr (12) ausbrennen,
    wobei die Primär-Luftzufuhreinrichtung ein Luftzufuhrrohr (15) und einen Hohlkörper, insbesondere einen Rohrring (16), mit mehre Luftdüsen (17) aufweist, die oberhalb der Brennstelle (5) angeordnet sind und durch die Luft in die erste Verbrennungszone einblasbar ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der die Luftdüsen (17) aufweisende Hohlkörper derart innerhalb der Brennkammer (11) angeordnet ist, dass die beim Ausbrennen bzw. Ausglühen der Brennstoffe (2) in dem Ausbrand- bzw. Ausglühraum (10) entstehenden Rauchgase (13) im wesentlichen außen an dem die Luftdüsen (17) aufweisenden Hohlkörper sowie außen an der Brennstelle (5) vorbei geleitet werden, so dass die Rauchgase (13) der zweiten Verbrennungsstufe die Verbrennung des Brennstoffes (2) auf der Brennstelle (5) nicht negativ beeinflussen.
  2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftdüsen (17) im Hohlkörper so angeordnet sind, dass Luft unter einem Winkel von ca. 5° bis 45° zur Senkrechten zur Brennstelle (5) geblasen wird.
  3. Heizkessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Brennstelle (5) eine zweite Primär-Luftzufuhreinrichtung angeordnet ist.
  4. Heizkessel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Primär-Luftzufuhreinrichtung ein Luftzufuhrrohr (19) und einen Hohlkörper, insbesondere einen Rohrring (20), mit mehre Luftdüsen (21) aufweist, durch die Luft auf den ausgebrannten bzw. teilweise ausgebrannten Brennstoff (2') geblasen wird, der sich im Ausbrand- bzw. Ausglühraum (10) befindet.
  5. Heizkessel nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Primär-Luftzufuhreinrichtung und die zweite Primär-Luftzufuhreinrichtung jeweils an ein eigenes Gebläse (22, 23) angeschlossen sind, und dass die Menge und/oder der Druck der Luft, die durch die zweite Primär-Luftzufuhreinrichtung auf den ausgebrannten bzw. teilweise ausgebrannten Brennstoff (2') geblasen wird, unabhängig von der Menge und/oder dem Druck der Luft, die durch die erste Primär-Luftzufuhreinrichtung in die erste Verbrennungszone eingeblasen wird, einstellbar ist.
  6. Heizkessel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messfühler vorgesehen ist, der mindestens einen Abgaswert des Heizkessels (1), insbesondere den Restsauerstoffgehalt der Rauchgase im Abgaskanal des Heizkessels (1) misst, und dass in Abhängigkeit vom gemessenen Abgaswert die Menge und/oder der Druck der Luft durch die zweite Primär-Luftzufuhreinrichtung einstellbar oder regelbar ist.
  7. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bewegungselement (24) auf bzw. oberhalb der Brennstelle (5) angeordnet ist, das den Brennstoff (2) auf der Brennstelle (5) durchrührt und ausgebrannten bzw. teilweise ausgebrannten Brennstoff (5) über den Rand der vorzugsweise als Brennteller ausgebildeten Brennstelle (5) schiebt.
  8. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sekundär-Luftzufuhreinrichtung vorgesehen ist, die Sekundär-Luftzufuhreinrichtung oberhalb der Primär-Luftzufuhreinrichtung angeordnet ist und ein Sekundär-Luftzufuhrrohr (24) und mehre Luftdüsen (25) und/oder Luftschlitze (26) aufweist, durch die Luft in die Rauchgase (13, 14) bzw. die Flammen des verbrennenden Brennstoffs (2) eingeblasen wird.
  9. Heizkessel nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kesselwand (3) von einem mehrzügigen Wärmetauscher (34) umgeben ist, wobei der Heizkessel (1) und/oder der Wärmetauscher (34) mindestens einen Zug (34b) aufweisen, in dem die Rauschgase abwärts strömen, und dass außerhalb der Brennkammer (11) mindestens ein Abscheideraum (36, 37) vorgesehen ist, in dem Staubpartikel absinken können.
  10. Verfahren zur Erzeugung von Wärmeenergie durch Verbrennen eines Brennstoffes, insbesondere Biomasse, in einem Heizkessel, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Brennstoff in einer ersten, als Brennstelle (5) ausgebildeten Verbrennungsstufe verbrannt wird und wobei der in der ersten Verbrennungsstufe ausgebrannte bzw. teilweise ausgebrannte Brennstoff, der noch einen Kohlenstoffanteil aufweist, in einer zweiten Verbrennungs- bzw. Ausglühstufe (10) weiter ausbrennt bzw. ausglüht, wobei durch eine erste Primär-Luftzufuhreinrichtung, die einen Luftaustrittsdüsen (17) aufweisenden Hohlkörper umfasst, der oberhalb der Brennstelle (5), auf der der Brennstoff verbrennt, angeordnet ist, Luft in die erste Verbrennungszone eingeblasen wird
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die in der zweiten Verbrennungs- bzw. Ausglühstufe (10) entstehenden Rauchgase derart geführt werden, dass sie zunächst im wesentlichen im wesentlichen außen an dem die Luftdüsen (17) aufweisenden Hohlkörper sowie außen an der Brennstelle (5) vorbei geleitet werden, so dass die Rauchgase der zweiten Verbrennungs- bzw. Ausglühstufe (10) die Verbrennung des Brennstoffes in der ersten Verbrennungsstufe nicht negativ beeinflussen, und dann den in der ersten Verbrennungsstufe entstehenden Rauchgasen zugeführt werden und gemeinsam mit diesen bei großer Hitze ausbrennen.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine zweite Primär-Luftzufuhreinrichtung, die unterhalb der Brennstelle angeordnet ist, Luft auf den ausgebrannten bzw. teilweise ausgebrannten Brennstoff im Ausbrand- bzw. Ausglühraum (10) geblasen wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einen Abgaswert des Heizkessels, insbesondere der Restsauerstoffgehalt der Rauchgase im Abgaskanal des Heizkessels gemessen wird, und dass in Abhängigkeit vom gemessenen Abgaswert die Menge und/oder der Druck der Luft, die durch die zweite Primär-Luftzufuhreinrichtung auf den ausgebrannten bzw. teilweise ausgebrannten Brennstoff im Ausbrand- bzw. Ausglühraum (10) geblasen wird, eingestellt wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die in der ersten Verbrennungsstufe und/oder in der zweiten Verbrennungs- bzw. Ausglühstufe entstehende Wärme zur Erwärmung von Luft verwendet wird, die der ersten Verbrennungsstufe bzw. der zweiten Verbrennungs- bzw. Ausglühstufe zugeführt wird.
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