Gegenstand dieser Erfindung ist eine zum Umrüsten eines herkömmlichen Ölkessels auf feuchten, körnigen Festbrennstoff dienende Anordnung, bei der ein in die Rauchgaslinie des Kessels geschalteter, die Rauchgaswärme nutzender Brennstofftrockner und eine Festbrennstoff-Verbrennungseinrichtung als Ersatz des Ölbrenners zum Einsatz gebracht werden. Unter Festbrennstoff sind hier in erster Linie Sägespäne, Torf und andere Biobrennstoffe zu verstehen.

Die herkömmlichen ölbefeuerten Heiz-, Heißwasser- und Dampfkessel eignen sich schlecht für Festbrennstoffe. Man kennt verschiedene Vorbrennkammer-Konstruktionen, die jedoch mit mehreren Mängeln behaftet sind. Volle Leistung wird in der Regel mit ihnen nicht erreicht, weil die Brenngase in ihren Eigenschaften beträchtlich von den Bemessungswerten abweichen. Die Rauchgastemperatur der feuchten Brennstoff verbrennenden Vorbrennkammer bleibt viel niedriger als bei der Bemessung entsprechender Ölfeuerung. Der Wasserdampfanteil liegt beträchtlich über dem Bemessungswert. Die Situation bessert sich wesentlich, wird der feuchte Brennstoff vor dem Verbrennen mit Hilfe von Rauchgasen getrocknet, weil dann die Verbrennungstemperatur und damit auch die Brennleistung steigt. Bisher konnte jedoch keine praktische und wirtschaftliche Methode zum Umrüsten eines Ölkessels kleiner Leistung von 0,5 – 10 MW auf Festbrennstoff gefunden werden. Es ist schwierig, einen dem herkömmlichen Ölkessel nachgeschalteten Brennstofftrockner zum Funktionieren zu bringen, weil die Rauchgasendtemperatur zu niedrig ist. Die oben genannten Vorbrennkammer-Lösungen sind ziemlich ungefüge und kostspielig. Meistens bleibt bei ihnen der Wirkungsgrad gering und die maximale Brennleistung weit unter der Nennleistung des Ölkessels. Staubfeuerung kommt im Allgemeinen wegen der damit verbundenen hohen Kosten nicht in Frage.

Der Erfindung liegt die Aufrage zu Grunde, eine neuartige zum Umrüsten eines herkömmlichen Ölkessels auf feuchte, körnige Festbrennstoffe dienende Anordnung zu schaffen, die auf einfachere Weise als bisher einen guten Wirkungsgrad und fast die volle Leistung des umgerüsteten Kessels liefert. Die kennzeichnenden Merkmale der Erfindung gehen aus den beigefügten Patentansprüchen hervor. Bei dieser Erfindung werden an sich bekannte Lösungen in einer neuen Kombination genutzt, wobei der Ölkessel auf einfachere Weise als bisher angenähert unter Optimalbedingungen betrieben werden kann. Bei gewöhnlichen Ölkesseln befinden sich im Allgemeinen hinter der Brennkammer mehrere aufeinander folgende Heizflächen. Irgendwo zwischen diesen oder sogar hinter dem Feuerraum, zum Beispiel am Mannloch, kann im Allgemeinen eine Anzapfung, d. h. eine Zwischenentnahme eingefügt werden, wobei dann zwecks Erzielens der gewünschten Temperatur, 200–300°C, heißes Rauchgas in einem gewünschten Verhältnis unter die kalten Rauchgase gemischt wird. Als Trockner kann dabei ein an sich bekannter Umlauftrockner benutzt werden, der zum Beispiel für den CMR-Brenner Brennstoff von 10–15 Feuchte liefert.

Eine besonders vorteilhafte Anordnung ihrer Einfachheit wegen erhält man durch Einsatz eines CMR-Brenners wie er in der PCT-Schrift WO 97/12177 beschrieben ist. Der CMR (Chemi mechanical reactor) eignet sich ausgezeichnet als Ersatz für den Ölbrenner, weil er auch mit grobem Brennstoff eine kurze Flamme liefert. Die bekannten Zyklonschmelzfeuerungen sind dagegen komplizierter und teuerer auch wenn sie an sich für diese Anordnung geeignet sind.

Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die einige Ausführungsformen der Erfindung zeigen, beschrieben. Es zeigen:

1 eine mit CMR-Brenner arbeitende Kesselanlage;

2 eine mit Vergaser und Gasbrenner arbeitende Kesselanlage;

3 die Lösung von 1 in genauerer Darstellung;

4 den Rauchgas- und Anzapfanschluss in einem konventionellen Flammrohr-Rauchrohr-Kessel.

Die beste Ausführungsform der Erfindung umfasst einen Ölkessel 1, einen CMR-Brenner 2 und einen in die Rauchgaslinie 6 geschalteten Brennstofftrockner, insbesondere einen Umlauftrockner 4 mit Partikelabscheider 3; Fig. 1. Die Konstruktion des CMR-Brenners ist in der finnischen Patentschrift 98854 im Einzelnen beschrieben. In ihm wird für den groben Brennstoff eine selektive Verweilzeit dergestalt geschaffen, dass die groben Teilchen länger in der Wirbelkammer verweilen bis sie die Größengrenze unterschritten haben. Die Flammenlänge wird namentlich durch den Umstand kurz gehalten, dass aus dem Brenner nur Teilchen austreten können, die unterhalb der Größengrenze liegen.

Einige Umlauftrockner sind in den finnischen Patentanmeldungen 852594 und 903097 sowie in dem Compendex-Datenbank-Literaturnachweis Nr. 04252654, Ruottu, Seppo; Sarkomaa, Pertti: „Present State of regenerative CFB heat exchanger development, Proceedings of the International Conference on Fluidized bed Combustion, ASME, New York, NY, USA, vol 1, p. 419–422, 1995 beschrieben. Das Hauptprinzip besteht darin, den zu trocknenden Brennstoff mit Trocknungsluft so lange umzuwälzen, bis sein spezifisches Gewicht unter einen Grenzwert sinkt, bei dem er infolge seines geringen Gewichts zusammen mit der abgehenden Strömung den Abscheidezyklon verlässt. Danach wird der trockene Brennstoff in einem eigenen Trennungszyklon von den Rauchgasen getrennt. Eine weitere Trocknungsvorrichtunq ist in der US-Patentschrift 2,939,411 beschrieben.

Unter Hinweis auf 1 bringt man auch einen einfachen Umlauftrockner zu sehr effektivem Arbeiten, wenn am Ölkessel eine Rauchgasanzapfung angeordnet wird, deren Kanal in der Zeichnung mit der Bezugszahl 6.2 belegt ist, während der normale Rauchgas-Abzugskanal die Bezugszahl 6.1 trägt. Diese Kanäle haben Regelventile, mit denen zwecks Regulierens der Temperatur des Trocknungsgases heißes (200–700°C) und kaltes (100–150°C) Rauchgas miteinander gemischt werden. Beträgt die Feuchte des Brennstoffs, z. B. der Sägespäne oder des Torfs, 45–55%, so wird in den Umlauftrockner 4 Rauchgas von 200–300°C eingeleitet, und diese Wärmemenge reicht aus, die Brennstoffmenge entsprechender Brennleistung unter mäßigem Luftüberschuss auf einen Feuchtegehalt von 10–15% zu trocknen. Hinter dem Abscheider 3 beträgt die Temperatur der Rauchgase im Abzugskanal 8 lediglich 65–70°C, was der gesamten Anlage trotz dieses Anzapfens des Kessels einen ausgezeichneten Gesamtwirkungsgrad (von bis zu 95 %) verleiht. Sämtliche außerhalb des Kessels 1 der Anlage befindlichen Komponenten, Trockner 4, Partikelabscheider 3 und CMR-Brenner 2, sind von sehr einfacher Konstruktion. Insbesondere das Oberteil des Trockners 4 und der Partikelabscheider 3 sind aus nichtrostendem Stahl oder einem anderen korrosionsfesten Werkstoff zu fertigen, da sich die Rauchgase in der Nähe des Taupunktes bewegen.

2 zeigt eine Modifikation der Ausführungsform von 1. An Stelle des CMR-Brenners wird nun eine Kombination aus Vergaser 2' und Gasbrenner 2 eingesetzt. Diese Konstruktion ist komplizierter als die von 1, aber dennoch günstiger als die früheren Lösungen. Mit trockenem Brennstoff wird auch hier eine hohe Brennleistung erzielt, da das im Brennstoff enthaltene Wasser nicht mehr durch den Kessel geführt wird.

3 zeigt das Prinzip der Schaltung von 1 in detaillierterer Form. Der innere Bau des Partikelabscheiders 3 und des Umlauftrockners 4 ist schematisch dargestellt. Außerdem sind die wichtigsten Hilfsvorrichtungen derselben und des CMR-Brenners 2 dargestellt.

Der herkömmliche Ölkessel, typenmäßig ein Flammrohr- oder Rauchrohrkessel, ist statt des Ölbrenners mit einem CMR-Brenner 2 ausgerüstet, dessen Brennstoffversorgung weiter unten beschrieben ist. Als Kessel kommt auch ein Trommel- oder ein Wasserrohrkessel in Frage. Neben dem eigentlichen Rauchgasabzug 6.1 hat der Kessel eine Anzapfung 6.2 zur Abzweigung heißen Rauchgases. Die Kesselleistung beträgt 80–90% der Nennleistung bei Ölfeuerung. Im zum Trockner 4 führenden Rauchgaskanal 6 beträgt die Temperatur wie gesagt 200–300°C.

Der feuchte Brennstoff wird vom Lagersilo 10 mit der Fördereinrichtung 11 über den Zellenradaufgeber (-schleuse) 12 in den Eintragsstutzen 48 des Trockners transportiert.

Der Umlauftrockner 4 besteht aus den folgenden Hauptteilen: Trocknerrohr 40, Luftverteilungskammer 41, Luftverteilungsblech auf dieser, Abscheidezyklon 46 mit oben befindlichen tangentialen Eintrittsöffnungen 45, Fallrohr 43 und Auslassstutzen 47. Der Brennstoff wird über den o. g. Eintragsstutzen 48 auf das Luftverteilungsblech 42 gebracht. Größere Brocken werden bei Bedarf über den Abführstutzen 49 entfernt. Mit dem Trocknen des Brennstoffs wird dieser von der kräftigen Strömung nach oben getragen und gelangt über die tangentialen Eintrittsöffnungen 45 in den Zyklon 46, wo das schwerere feuchte Gut über das Fallrohr 43 zurück auf das Luftverteilungsblech 42 gelangt während der mehrmals umgelaufene trockene und nun leichte Brennstoff über den Auslass 47 abgeht.

Das Auslassrohr 47 geht über in den Förderkanal 7, der das Brennstoff-Luft-Gemisch zum Partikelabscheider 3 transportiert, der in diesem Fall aus einem auf den Aufgabesilo 34 aufgesetzten Zyklon 31 besteht. Der Einlaufstutzen 30 ist tangential angeordnet und bewirkt den für die Trennung erforderlichen kräftigen Wirbel. Der Boden des Zyklons 31 ist ein im Vergleich zum Durchmesser etwas kleinerer Kegel 32, dessen Spitze nach oben weist. Die Brennstoffpartikel rieseln längs der Kegelfläche zur Seite hin und weiter in den Rufgabesilo 34. Die zugehörige Förderschnecke 35 einschließlich Zellenradaufgeber (-schleuse) transportiert den trockenen Brennstoff in den Verbrennungsluft-Ansaugkanal 21 des CMR-Brenners 2. Das Gebläse 22 saugt den Brennstoff zusammen mit dem Trägerluftstrom an und befördert ihn in den Brenner. Der Sekundärluftstrom wird mit dem Gebläse 23 erzeugt.

Im CMR-Brenner wird der Brennstoff zusammen mit einer unterstöchiometrischen Primärluftmenge in die Wirbelkammer geleitet, und der Sekundärluftstrom wird als konzentrischer, den aus der Wirbelkammer austretenden Strom umgebender Wirbel eingeleitet. Mit der Sekundärluftmenge wird der Luftfaktor bei Nennleistung im Bereich 1,2–-1,35 reguliert.

In 4 ist die Anordnung in Verbindung mit einem herkömmlichen Ölkessel detailliert dargestellt. Der Ölkessel trägt die Bezugszahl 1 und ist typenmäßig ein Flammrohr-Rauchrohr-Kessel mit drei Kesselzügen I, II und III, die auch durch die Bezugszahlen 13, 14 und 15 bezeichnet sind. Den ersten Zug bildet das Flammrohr 13 selbst. Der zweite und dritte Zug bestehen aus Rauchrohren. Der CMR-Brenner 2 bläst die heißen Brenngase in das Flammrohr 13. Am entgegengesetzten Ende befindet sich die Wendekammer 16, die die Rauchgase in den zweiten Zug 14 leitet. Am Ende dieses Zugs, zwischen dem zweiten Zug 14 und dritten Zug 15, befindet sich eine zweite Wendekammer 17. Am Ende des dritten Zugs befindet sich die Abzugskammer 18, an die sich der normale Rauchgas-Austrittsstutzen anschließt. Die Kammern 16, 17 und 18 haben zum Reinigen der Heizflächen gewöhnlich ein Mannloch oder lassen sich völlig öffnen.

Der o. g. normale Rauchgaskanal 6.1 ist an die Rauchgas-Abzugskammer 18 angeschlossen. Wesentlich vom Standpunkt dieser Erfindung aus ist, dass an dem herkömmlichen Ölkessel ein Anzapfkanal 6.2 angebracht wird, der an eine der Zwischenkammern, hier an die Kammer 17, angeschlossen ist. Alternativ könnte dieser Anzapfkanal auch, falls eine höhere Anzapftemperatur erforderlich ist, an die Kammer 16, zum Beispiel über deren Mannloch, angeschlossen werden, was in 4 als gestrichelter Kanal 6.3 dargestellt ist. In praktischen Versuchen war die Temperatur hinter dem zweiten Zug ausreichend, und die geforderte Temperatur von 200–300°C wird unter allen Belastungsbedingungen vor dem Trockner erreicht. Ein anderer Ölkessel kann Anzapfung an einer weiter vorn liegenden Stelle erfordern.

Die Anlage kann mit Rauchgaswäscher oder mit Wärmerückgewinnungseinrichtung zur weiteren Verbesserung der Rauchgase bzw. des Wirkungsgrades ausgerüstet werden.