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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbrennen biogener Brennstoffe in stückiger Form mit einer Primärbrennkammer, in der die Primärverbrennung stattfindet und die an ihrer Unterseite einen Rost umfasst, und einer konstruktiv getrennten Sekundärbrennkammer, in welcher der Ausbrand erfolgt, wobei ein Brenngaskanal zur Verbindung der Primärbrennkammer und der Sekundärbrennkammer vorgesehen ist.
Feuerungsanlagen mit Primärbrennkammern und Sekundärbrennkammern, in welchen der Ausbrand erfolgt, sind einerseits in der Form von sogenannten Sturzbrandkessein bekannt. Bei diesen ist die Sekundärbrennkammer oder Ausbrandkammer unterhalb der Primärbrennkammer angeordnet. In der Bodenplatte der Primärbrennkammer ist ein zentraler Schlitz vorgesehen, durch welchen die Brenngase in die Ausbrandkammer abgesaugt werden. Diese Brennkessei sind sehr effektiv und es erfolgt eine sichere Zündung der Schwelgase, da diese auf ihrem Weg in die Ausbrandkammer das Glutbett durchströmen. Flammenabrisse treten somit kaum auf. Nachteilig an diesen Sturzbrandkesseln ist es jedoch, dass eine Trennung der Verbrennungsrückstände in Form von Asche von der unverbrannten Holzkohle nicht möglich ist.
Bei der Entleerung der Primärbrennkammer wird somit auch unverbranntes Material entfernt.
Ausserdem ist diese Entleerung für den Anwender relativ aufwendig. Herkömmliche Sturzbrandkessel haben weiters den Nachteil einer relativ geringen Standzeit (max. 5 Jahre) und der hohen Austauschkosten des schamottierten Bodens.
Weiters bekannt sind die sogenannten Rostkessel. Bei diesen ist die Bodenplatte der Primärbrennkammer als Rost ausgebildet bzw. in der Bodenplatte der Primärbrennkammer ein Rost vorgesehen und die Sekundärbrennkammer ist seitlich oder hinten neben der Primärbrennkammer angeordnet. Die Primärbrennkammer und die Sekundärbrennkammer werden durch einen Brenngaskanal miteinander verbunden, der von einer Öffnung in der Höhe des Rostes in der Seitenwand der Primärbrennkammer ausgeht und in die Sekundärbrennkammer mündet.
Diese Rostkessel besitzen somit eine einfache und effektive Entaschungsmöglichkeit, sind jedoch insbesondere bei problematischen Brennstoffen wie Tanne und Fichte nicht besonders betriebssicher. Es kommt häufiger als beim Sturzbrandkessel zu Flammenabrissen, da die zur Zündung notwendige Glut vor dem Brenngaskanal ausbrennt. Gerade im Teillastbetrieb neigen die für die Zündung der Brenngase notwendigen Glutstücke dazu, vom Bereich der Einström- öffnung des Brenngaskanals weg zu brennen und ein Flammenabriss ist die Folge. Derartige Rostkessel der eingangs genannten Art sind beispielsweise aus der EP 798 510 A2 und der CH 671 822 A5 bekannt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die die Vorteile der herkömmlichen Rostkessel mit denen der Sturzbrandkessel vereinigt bzw. deren angeführten jeweiligen Nachteile vermeidet, und erfindungsgemäss gelingt dies bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch, dass der Einströmbereich des Brenngaskanals im, bezogen auf den Grundriss, mittleren Bereich der Primärbrennkammer angeordnet ist. Günstigerweise ist der Einströmbereich des Brenngaskanals, in Draufsicht gesehen, etwa mittig in der Primärbrennkammer angeordnet. In diesem Bereich befindet sich die Hauptglut und somit der heisseste Bereich der Primärbrennkammer. Durch die Absaugung der Brenngase aus diesem Bereich wird deren Zündung sichergestellt. Weiters ist durch den Rost eine einfache und effektive Möglichkeit zur Entaschung gegeben.
Durch die erfindungsgemässe Einrichtung wird die Betriebssicherheit gerade auch bei problematischen Brennstoffen wie Fichte und Tanne, die zu Hohifrass neigen, sichergestellt. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist auch im Teillastbetrieb bis unter 50 % der Nennleistung betriebssicher betreibbar. Nach dem bisherigen Stand der Technik ist dies nur bei Sturzbrandkesselkonstruktionen geeignet, während Rostfeuerungen für einen Teillastbetrieb unter 75 % der Nennlast ungeeignet sind.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert. In dieser zeigen :
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Fig. 2 einen Grundriss dieses Ausführungsbeispiels ; Fig. 3 einen vertikalen Schnitt senkrecht zur Schnittfläche von Fig. 1 ; Fig. 4, Fig. 5 und Fig. 6 eine Seitenansicht, eine Stirnansicht und eine Draufsicht des Brenn- gaskanals des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung ; Fig. 7 einen Fig. 1 entsprechenden Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfin- dung und Fig. 8 einen Querschnitt entlang der Linie A-A von Fig. 7.
Das in den Figuren 1 bis 6 dargestellte erste Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung umfasst eine Primärbrennkammer 2, die über eine im oberen Bereich der Primärbrennkammer (oberhalb des in den Figuren dargestellten Teils der Feuerung) vorgesehene Fülltüre mit biogenen Brennstoffen in stückiger Form befüllbar ist. Unterschiedliche Brennstoffe mit einem Wassergehalt zwischen 5 und 25 % sind geeignet, wie z. B. Hartholz oder Weichholz in stückiger Form, Grobhackschnitzel, Holzabfälle aus dem holzverarbeitenden Gewerbe und der Industrie, Presslinge und Kohle, wobei annähernd gleich gute Verbrennungswerte und hohe Wirkungsgrade erreicht werden.
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Die Unterseite der Primärbrennkammer 2 wird von einem Rost 1 in der Form eines Stufenrostes gebildet. Unmittelbar auf bzw. über diesem befindet sich der Bereich des Glutbettes. Unterhalb des Rostes 1 liegt der Aschenraum 4, der durch die Aschentüre 5 zugänglich ist. Ein um eine horizontale Achse verschwenkbarer Vorstellrost 6 verhindert das Herausfallen der Brennstoffe bzw. der Glut beim Öffnen der Aschentüre.
Die Stufe 7 im als Gussteil ausgebildeten Rost 1 wird von einer Schrägfläche gebildet, die die beiden in unterschiedlichen Höhen angeordneten Teilbereiche des Rostes 1 verbindet.
Es ist weiters eine Sekundärbrennkammer 3 zum Ausbrand der in der Primärbrennkammer 2 gebildeten, in die Sekundärbrennkammer 3 geleiteten Brenngase vorgesehen. Die Verbindung zwischen der Primärbrennkammer 2 und der Sekundärbrennkammer 3 wird von einem als Blechformteil 36 ausgebildeten Brenngaskanal 8 gebildet. Dieser mündet mit Abstand von den seitlichen Begrenzungen der Primärbrennkammer in den Bereich des Glutbettes in die Primärbrennkammer, und zwar in der Stufe 7. Der Einströmbereich 9 des Brenngaskanals 8 ist somit, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, in Draufsicht gesehen im mittleren Bereich der Primärbrennkammer 2 angeordnet.
Der Einströmbereich 9 des Brenngaskanals 8 ist dabei nach oben offen, wobei der Winkel zur Vertikalen zwischen 300 und 600, vorzugsweise bei 400 liegt. Der Brenngaskanal 8 verläuft zwischen der Primärbrennkammer 2 und der Sekundärbrennkammer 3 horizontal und mündet leicht tangential in die Sekundärbrennkammer 3, was zu einer Verwirbelung in dieser führt. Die Sekundärbrennkammer 3 ist mit einem feuerfesten Material 10 ausgekleidet, im unteren Bereich und am Brennkammerboden 11 vorzugsweise mit Schamottelementen, weiter oben mit einem Isoliermaterial (vorzugsweise bestehend aus Keramikfaser). Die ausgebrannten Verbrennungsgase werden in der Folge durch Wärmetauscherrohre 12 unter Erhitzung von Wasser 13 wiederum nach unten in einen Sammelbereich geführt und vorzugsweise mittels eines Gebläses in herkömmlicher Weise abgeführt.
Die Primärluft für die Primärverbrennung wird durch eine herkömmliche Primärluftregelung 14 mit Regelscheibe und Stellmotor zugeführt. Die Primärluft gelangt in den vom Primärluftverteilblech 15 begrenzten Raum 16 und weiter durch vertikal angeordnete Primärluftrohre 17 in die Räume 18, die jeweils zwischen einer Kammerwandung und einem (in Draufsicht U-förmigen Luftleitblech 19 liegen, wobei die Basisschenkel der Luftleitbleche 19 seitliche Begrenzungen der Primärkammer bilden. In den Luftleitblechen 19 sind oberhalb des Rostes 1 Luftaustrittsöffnungen 20 vorgesehen, die teilweise vor der Kammerrückwand 21 und in der Aschentüre 5 angeordnet sind, wodurch Primärluft parallel zur Brennholzfaser zuführbar ist.
Der durch einen Hohlraum in der Aschentüre 5 geführte Teil der Primärluft gelangt durch den Kanal 22 in diese. Über das Leitblech 23 wird weiters ein Teilstrom der Primärluft vor die Fülltüre geführt (was auch die Verpuffungsgefahr verringert).
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Die Luftleitbleche 19, die die Primärbrennkammer 2 umgeben, bremsen die Wärmeabfuhr an den an der Aussenseite der Kammerwandungen geführten Wärmeträger in Form von Wasser 13 stark ab, so dass der Anfeuerungsvorgang beschleunigt wird. Der Primärluftstrom in den Luftleitblechen 19 verhindert weitgehend das Entstehen von Teerbelägen an den wassergekühlten Kammerwandungen 21,24 und kühlt die Luftleitbleche. Durch die Primärluftrohre 17 wird die Primärluftzufuhr vor Verunreinigungen geschützt, die sich im unteren Bereich der Luftleitbleche
19 ablagern.
Die aufgrund der Luftleitbleche 19 gebremste Wärmeabfuhr aus der Primärverbrennung an den Wärmeträger wirkt sich auch positiv auf das Teillastverhalten des Kessels aus, da im Teillastbetrieb die Gluttemperatur wesentlich kleiner ist als im Nennlastbetrieb. Im Teillastbetrieb, in dem niedrige Feuerungsraumtemperaturen, insbesondere im wassergekühlten oberen Teil des Füllschachtes herrschen, führen die feuchten Abgase zu Ablagerungen von Teerdämpfen an den kalten Kesselinnenwänden. Es bildet sich isolierender Glanzruss, der an den Wänden nach unten rinnt und dann anschliessend an den heissen Luftleitblechen 19 verbrannt wird.
Die Primärluftmenge wird in Abhängigkeit der errechneten Solltemperatur (Abgastemperatur minus Kesseltemperatur) durch einen Stellmotor mit Regelscheibe gesteuert. Der Primärluftanteil beträgt ca. 75 % der Gesamtluftmenge.
Die Primärverbrennung erfolgt unterstöchiometrisch - Luftzahl ca. 0, 8-und die nicht ausgebrannten Brenngase werden durch den horizontal angeordneten Brenngaskanal 8, der die Gase ca. aus der Mitte des Rostbereiches abführt, in die Sekundärbrennkammer geführt. Bei einer Temperatur von 800 bis 950 C und einer Luftzahl von 0, 8 tritt im Brenngaskanal eine NOX- Reduktion bis zu 50 % ein.
Der Einströmbereich des Brenngaskanals, bei herkömmlichen Konstruktionen auch Eintrittsdüse genannt, ist unter einem Winkel von 40 0 nach oben geöffnet. Eine derartige Öffnung, durch welche die oben und seitlich vorhandene Glut ausgenützt werden kann, ist bevorzugt, um in Verbindung mit der mittigen Anordnung des Brenngaskanals im Rostbereich sicherzustellen, dass die notwendigen Glutstücke für das sichere Entzünden der Brenngase vorhanden sind, so dass kein Flammenabriss stattfinden kann. Grundsätzlich wäre aber auch eine seitliche Öffnung des Brenngaskanals, d. h. der Einströmbereich weist eine in einer vertikalen Ebene liegende Öffnung auf, denkbar und möglich.
Der Austrittsbereich bzw. die Austrittsdüse des Brenngaskanals 8 mündet versetzt zur vertikalen Längsachse der Sekundärbrennkammer 3 in diese, so dass die Brenngase tangential in die Sekundärbrennkammer geführt werden und eine Verwirbelung erreicht wird.
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Die Sekundärluft gelangt durch die Sekundärluftregelung 25 in den vom Sekundärluftleitblech 26 abgegrenzten Raum 27. Das Sekundärluftleitblech 26 weist eine Öffnung zum Durchtritt des Brenngaskanals 8 auf. Die Sekundärluft wird vom Raum 27 aus auf der Aussenseite des Brenngaskanals 8 bis in die Sekundärbrennkammer 3 geführt, wobei die Sekundärluftbeimischung zu den Brenngasen an dem der Sekundärbrennkammer 3 zugewandten Ende des Brenngaskanals 8 erfolgt.
Ein weiteres, etwas modifiziertes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren 7 und 8 schematisch dargestellt. Dieses unterscheidet sich vom zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung durch die Ausbildung des Rostes und des Brenngaskanals. Gleiche bzw. zumindest funktionsgleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Der Rost 1 wird hier von einem Einsatzteil gebildet, welches in seinem von der Sekundärbrennkammer 3 abgewandten Bereich die Rostöffnungen 28 aufweist. In seinem der Sekundärbrennkammer zugewandten Bereich bildet dieses Einsatzteil eine Auflage für einen Schamottenstein 29, der den Brenngaskanal 8 an seiner Unterseite begrenzt. Weiters liegen auf diesem Einsatzteil Schamottensteine 30,31 auf, die den Brenngaskanal 8 seitlich begrenzen. Die Schamottensteine 30,31 bilden auch eine Auflage für eine Deckplatte 32, die auf dem Brenngaskanal 8 zugewandten Schultern 33 aufliegt an den Schamottsteinen 30,31. Der Einströmbereich des Brenngaskanals 8 ist auf diese Weise wiederum in einem mittleren Bereich der Primärbrennkammer 2 ausgebildet, schräg nach oben geöffnet und liegt wenige Zentimeter oberhalb des Rostes 1.
Der Brenngaskanal 8 führt weiters durch ein düsenartiges Teil 34 tangential in die Sekundärbrennkammer, wobei wiederum den Brenngaskanal 8 umgebende Kanäle 35 zur Zuführung der Sekundärluft und Zusammenführung der Sekundärluft mit den Brenngasen am der Sekundärkammer zugewandten Ende des Brenngaskanals 8 vorgesehen sind. Die Zuführung der Sekundärluft, ebenso wie die der Primärluft, ist in analoger Weise zum ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet. Die Primärluft wird hierbei hauptsächlich quer zur Holzfaser, also durch Luftaustrittsöffnungen 20, vor den Kammerseitenwänden 24 zugeführt.
Die Oberseite der Deckplatte 32 zusammen mit den Oberseiten der Schamottensteine 30,31 bilden zusammen mit dem Rost 1 die Auflagefläche der Primärbrennkammer für die Brennstoffe bzw. das Glutbett, die somit gestuft ausgebildet ist, wobei der Brenngaskanal in die Stufe 7' mündet.
Die Rostöffnungen 28 könnten auch eine andere als die gezeigte Form bzw. Orientierung aufweisen, beispielsweise eine um 90 gedrehte Orientierung. Der Rost könnte auch in der Art eines herkömmlichen Schieberostes ausgebildet sein, d. h. es könnte eine oberhalb des Rostes verschiebbar zum Rost gelagerte zweite Platte mit entsprechenden Rostöffnungen vorgesehen sein, wobei die zweite Platte durch ein Bedienelement hin-und herbewegbar ist.
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Ausserhalb der Kammerwandungen 21,24 und der Wandung der Sekundärbrennkammer ist wiederum der Wärmeträger in Form von Wasser in herkömmlicher Weise vorgesehen. Die den Wärmeträger einschliessenden Wandungen sind in Fig. 8, ebenso wie weitere Wärmetauschermittel für die Abgase, nicht dargestellt.
Durch die Erfindung wird, wie beschrieben, eine Neukonzeption der Primärfeuerung bereitgestellt. In der Primärfeuerung wird die Basis für eine emissionsarme Verbrennung geschaffen, da hier der Wechsel der Aggregatzustände und die thermische Aufspaltung des Brennstoffes erfolgen, also die thermische Zersetzung durchgeführt wird. Für die thermische Zersetzung wird, wie auch für die Trocknung, Wärme benötigt. Diese Wärme wird durch die Wärmequelle direkt bezogen. Bis ca. 280 OC entstehen Gase und Dämpfe, die nicht oder nur schwer brennbar sind.
Über 280 C entstehen Gase mit den leicht brennbaren Bestandteilen wie : Kohlenmonoxid, Methanol, Wasserstoff und energiereiche, leicht flüchtige Teere. Je nach Erwärmungsgeschwindigkeit entstehen unterschiedliche Zersetzungsprodukte, die für die Feuerungsleistung sowie für die Emissionen entscheidend sind.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen der Erfindung ist der Brenngaskanal oberhalb des Rostes 1 angeordnet. Grundsätzlich wäre es auch denkbar und möglich, den Brenngaskanal unterhalb des Rostes 1 zu führen. Der Einströmbereich des Brenngaskanals könnte beispielsweise auch vertikal nach oben ausgerichtet sein und in den zentralen Bereich eines ebenen Rostes münden.
Die Brenngase im Brenngaskanal sind durch das Glutbett von aussen erwärmbar.
Es ist günstig, den Brenngaskanal mit einem wärmeisolierenden, feuerfesten Material zu umgeben, so dass die erforderliche Brenngastemperatur auch bei einem Teillastbetrieb von etwa 50 % noch gegeben ist. Eine erfindungsgemässe Feuerung ist im Lastbereich 50% bis 110% der Nennlast betreibbar.
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The invention relates to a device for burning biogenic fuels in lumpy form with a primary combustion chamber, in which the primary combustion takes place and which comprises a grate on its underside, and a structurally separate secondary combustion chamber, in which the burnout takes place, a fuel gas channel for connecting the primary combustion chamber and the secondary combustion chamber is provided.
Firing systems with primary combustion chambers and secondary combustion chambers, in which the burnout takes place, are known on the one hand in the form of so-called fall fire boilers. In these, the secondary combustion chamber or burnout chamber is arranged below the primary combustion chamber. A central slot is provided in the base plate of the primary combustion chamber, through which the fuel gases are drawn off into the burnout chamber. These distillers are very effective and the smoldering gases are ignited safely because they flow through the embers on their way to the burnout chamber. Flame breaks hardly occur. However, it is a disadvantage of these fall fire boilers that it is not possible to separate the combustion residues in the form of ash from the unburned charcoal.
When the primary combustion chamber is emptied, unburned material is also removed.
In addition, this emptying is relatively complex for the user. Conventional lint fire boilers also have the disadvantage of a relatively short service life (max. 5 years) and the high replacement costs of the refractory floor.
The so-called grate boilers are also known. In these, the base plate of the primary combustion chamber is designed as a grate or a grate is provided in the base plate of the primary combustion chamber and the secondary combustion chamber is arranged to the side or at the rear next to the primary combustion chamber. The primary combustion chamber and the secondary combustion chamber are connected to one another by a combustion gas channel which starts from an opening at the level of the grate in the side wall of the primary combustion chamber and opens into the secondary combustion chamber.
These grate boilers therefore have a simple and effective ash removal option, but are not particularly reliable, particularly with problem fuels such as fir and spruce. Flame tears occur more frequently than in the case of a fall fire boiler, since the embers necessary for ignition burn out in front of the fuel gas duct. Especially in part-load operation, the embers that are required to ignite the combustion gases tend to burn away from the area of the inflow opening of the combustion gas duct and the result is a flame arrest. Such grate boilers of the type mentioned are known for example from EP 798 510 A2 and CH 671 822 A5.
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The object of the invention is to provide a device of the type mentioned at the outset, which combines the advantages of the conventional grate boiler with those of the lint fire boiler or avoids the respective disadvantages mentioned, and according to the invention this is achieved in a device of the type mentioned at the beginning by Fuel gas channel is arranged in the central area of the primary combustion chamber, based on the floor plan. Favorably, the inflow region of the fuel gas channel, as seen in plan view, is arranged approximately in the middle of the primary combustion chamber. The main embers and thus the hottest area of the primary combustion chamber are located in this area. The ignition of the fuel gases from this area is ensured. Furthermore, the grate provides a simple and effective way of ash removal.
The device according to the invention ensures operational reliability, particularly with problematic fuels such as spruce and fir, which tend to be hollow. The device according to the invention can also be operated reliably in part-load operation up to below 50% of the nominal power. According to the current state of the art, this is only suitable for lintel fire boiler designs, while grate furnaces are unsuitable for partial load operation below 75% of the nominal load.
Further advantages and details of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings. In this show:
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Fig. 2 is a plan view of this embodiment; 3 shows a vertical section perpendicular to the section of FIG. 1; 4, 5 and 6 show a side view, an end view and a top view of the fuel gas duct of the first exemplary embodiment of the invention; 7 shows a section corresponding to FIG. 1 through a second exemplary embodiment of the invention, and FIG. 8 shows a cross section along the line A-A of FIG. 7.
The first exemplary embodiment of a device according to the invention shown in FIGS. 1 to 6 comprises a primary combustion chamber 2, which can be filled in piece form with biogenic fuels via a filling door provided in the upper region of the primary combustion chamber (above the part of the furnace shown in the figures). Different fuels with a water content between 5 and 25% are suitable, such as. B. hardwood or softwood in lumpy form, coarse chips, wood waste from the woodworking trade and industry, pellets and coal, with approximately the same good combustion values and high efficiencies.
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The underside of the primary combustion chamber 2 is formed by a grate 1 in the form of a step grate. The area of the ember bed is located directly on or above it. Below the grate 1 is the ash chamber 4, which is accessible through the ash door 5. A positioning grate 6, which can be pivoted about a horizontal axis, prevents the fuel or the embers from falling out when the ash door is opened.
The step 7 in the grate 1 designed as a cast part is formed by an inclined surface which connects the two partial regions of the grate 1 arranged at different heights.
There is also a secondary combustion chamber 3 for burning out the fuel gases formed in the primary combustion chamber 2 and directed into the secondary combustion chamber 3. The connection between the primary combustion chamber 2 and the secondary combustion chamber 3 is formed by a combustible gas duct 8 designed as a sheet metal part 36. This opens at a distance from the lateral boundaries of the primary combustion chamber into the area of the ember bed into the primary combustion chamber, in stage 7. The inflow region 9 of the combustion gas channel 8 is thus, as can be seen from FIG. 2, seen in plan view in the middle region of the Primary combustion chamber 2 arranged.
The inflow region 9 of the fuel gas channel 8 is open at the top, the angle to the vertical being between 300 and 600, preferably 400. The fuel gas channel 8 runs horizontally between the primary combustion chamber 2 and the secondary combustion chamber 3 and opens slightly tangentially into the secondary combustion chamber 3, which leads to swirling in the latter. The secondary combustion chamber 3 is lined with a refractory material 10, preferably in the lower region and on the combustion chamber base 11 with fireclay elements, further up with an insulating material (preferably consisting of ceramic fiber). The burned-out combustion gases are subsequently passed down through heat exchanger tubes 12 while heating water 13 into a collecting area and are preferably removed in a conventional manner by means of a fan.
The primary air for primary combustion is supplied by a conventional primary air control 14 with a regulating disc and servomotor. The primary air enters the space 16 delimited by the primary air distribution plate 15 and further through vertically arranged primary air pipes 17 into the rooms 18, each of which lies between a chamber wall and a (in plan view U-shaped air baffle 19, the base limbs of the air baffles 19 lateral boundaries of the primary chamber Air outlet openings 20 are provided above the grate 1 in the air baffle plates 19, some of which are arranged in front of the rear wall 21 of the chamber and in the ash door 5, as a result of which primary air can be fed in parallel to the firewood fiber.
The part of the primary air passed through a cavity in the ash door 5 passes through the duct 22 into the latter. Furthermore, a partial flow of the primary air is led to the filling door via the guide plate 23 (which also reduces the risk of deflagration).
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The air baffles 19, which surround the primary combustion chamber 2, slow down the heat dissipation from the heat carriers in the form of water 13 guided on the outside of the chamber walls, so that the firing process is accelerated. The primary air flow in the air baffles 19 largely prevents the formation of tar deposits on the water-cooled chamber walls 21, 24 and cools the air baffles. The primary air supply 17 protects the primary air supply from contaminants which are located in the lower region of the air baffle plates
Deposit 19.
The heat dissipation from the primary combustion to the heat transfer medium, which is slowed down due to the air baffle plates 19, also has a positive effect on the part-load behavior of the boiler, since the part-temperature operation means that the ember temperature is significantly lower than in the nominal-load operation. In part-load operation, in which the combustion chamber temperature is low, especially in the water-cooled upper part of the filling shaft, the moist exhaust gases lead to deposits of tar vapors on the cold inner walls of the boiler. Insulating soot forms, which runs down the walls and is then burned on the hot baffles 19.
The primary air volume is controlled depending on the calculated target temperature (flue gas temperature minus boiler temperature) by an actuator with a regulating disc. The primary air share is approx. 75% of the total air volume.
The primary combustion takes place sub-stoichiometrically - air ratio approx. 0.8 and the unburned fuel gases are led into the secondary combustion chamber through the horizontally arranged fuel gas channel 8, which removes the gases from the middle of the grate area. At a temperature of 800 to 950 C and an air ratio of 0.8, a NOX reduction of up to 50% occurs in the fuel gas duct.
The inflow area of the fuel gas channel, also called the inlet nozzle in conventional designs, is open at an angle of 40 ° upwards. Such an opening, through which the embers at the top and on the side can be used, is preferred in order to ensure, in connection with the central arrangement of the fuel gas duct in the grate area, that the embers required for the safe ignition of the fuel gases are present, so that there is no flame arrest can. Basically, however, would also be a side opening of the fuel gas channel, d. H. the inflow area has an opening lying in a vertical plane, conceivable and possible.
The outlet area or the outlet nozzle of the fuel gas channel 8 opens into the secondary combustion chamber 3 offset to the vertical longitudinal axis thereof, so that the fuel gases are guided tangentially into the secondary combustion chamber and swirling is achieved.
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The secondary air passes through the secondary air control 25 into the space 27 delimited by the secondary air baffle 26. The secondary air baffle 26 has an opening for the passage of the fuel gas duct 8. The secondary air is conducted from the space 27 on the outside of the fuel gas channel 8 into the secondary combustion chamber 3, the secondary air being admixed with the fuel gases at the end of the fuel gas channel 8 facing the secondary combustion chamber 3.
Another, somewhat modified embodiment of the invention is shown schematically in FIGS. 7 and 8. This differs from the previously described exemplary embodiment of the invention in the design of the grate and the fuel gas duct. Identical or at least functionally identical parts are provided with the same reference symbols.
The grate 1 is formed here by an insert part which has the grate openings 28 in its area facing away from the secondary combustion chamber 3. In its area facing the secondary combustion chamber, this insert part forms a support for a firebrick 29 which delimits the combustion gas channel 8 on its underside. Furthermore, firebricks 30, 31, which laterally delimit the fuel gas channel 8, rest on this insert. The fireclay bricks 30, 31 also form a support for a cover plate 32 which rests on the fireclay bricks 30, 31 on the shoulders 33 facing the fuel gas channel 8. In this way, the inflow area of the fuel gas channel 8 is again formed in a central area of the primary combustion chamber 2, is opened obliquely upwards and is located a few centimeters above the grate 1.
The fuel gas channel 8 also leads tangentially into the secondary combustion chamber through a nozzle-like part 34, channels 35 surrounding the fuel gas channel 8 for supplying the secondary air and combining the secondary air with the fuel gases at the end of the fuel gas channel 8 facing the secondary chamber. The supply of the secondary air, as well as that of the primary air, is designed in an analogous manner to the first embodiment of the invention. The primary air is mainly supplied transversely to the wood fiber, ie through air outlet openings 20, in front of the chamber side walls 24.
The top of the cover plate 32 together with the tops of the fireclay bricks 30, 31 together with the grate 1 form the contact surface of the primary combustion chamber for the fuels or the ember bed, which is thus of stepped design, the fuel gas channel opening into the stage 7 '.
The grate openings 28 could also have a shape or orientation other than that shown, for example an orientation rotated by 90. The grate could also be designed in the manner of a conventional sliding grate, i. H. a second plate with corresponding grate openings that is slidably mounted above the grate could be provided, the second plate being movable back and forth by an operating element.
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Outside the chamber walls 21, 24 and the wall of the secondary combustion chamber, the heat transfer medium in the form of water is again provided in a conventional manner. The walls enclosing the heat carrier are not shown in FIG. 8, as are other heat exchanger means for the exhaust gases.
As described, the invention provides a new concept for primary firing. The basis for low-emission combustion is created in primary firing, since this is where the state of matter changes and the thermal decomposition of the fuel takes place, i.e. the thermal decomposition is carried out. For thermal decomposition, as well as for drying, heat is required. This heat is obtained directly from the heat source. Up to approx. 280 OC, gases and vapors are generated which are not or only hardly combustible.
Above 280 C, gases are formed with the easily combustible components such as: carbon monoxide, methanol, hydrogen and high-energy, volatile tars. Depending on the heating rate, different decomposition products are created, which are decisive for the combustion performance and for the emissions.
In the exemplary embodiments of the invention shown, the fuel gas duct is arranged above the grate 1. In principle, it would also be conceivable and possible to guide the fuel gas duct below the grate 1. The inflow area of the fuel gas channel could, for example, also be oriented vertically upwards and open into the central area of a flat grate.
The combustion gases in the combustion gas duct can be heated from the outside through the ember bed.
It is expedient to surround the combustion gas duct with a heat-insulating, fire-resistant material, so that the required combustion gas temperature is still present even under a partial load operation of approximately 50%. A furnace according to the invention can be operated in the load range of 50% to 110% of the nominal load.