1. Handbeschickte Feuerungen (Quelle: FNR)

1.1. Bauarten und Verbrennungsprinzipien

Seitennavigation:     1. Handbeschickte Feuerungen  1.1. Bauarten und Verbrennungsprinzipien  1.2. Scheitholz-Kessel  2. Automatisch beschickte Feuerungen  2.1. Bauarten und Feuerungstypen   2.2. Feuerungskomponenten und Systemeinbindung   3. Schornsteinsysteme

Durchbrand

Prinzip:

Bei Durchbrandfeuerungen wird die Verbrennungsluft über einen Rost durch die gesamte Brennstoffschichtung geführt. Die Zündung erfolgt von unten. Dadurch wird der gesamte Brennstoff erhitzt und befindet sich gleichzeitig in Reaktion.

Anwendung:

Klassisches Verbrennungsprinzip für kurzflammige Kohlenbrennstoffe bei Kleinfeuerungen, aber auch bei Holzfeuerungen in Kaminen und Kaminöfen.

Nachteil:

Schwierige Anpassung der Verbrennungsluftmenge an die unterschiedliche Brenngasfreisetzung.

Vorteil:

Bequeme Ascheentnahme unter dem Rost, auch während des Abbrandes.

Betriebsweise

Diese Feuerungen sind am besten durch häufiges Nachlagen mit kleinen Brennstoffmengen zu betreiben.

Durchbrand- und obere Abbrandfeuerungen werden meist miteinander kombiniert.

Oberer Abbrand

Prinzip:

Die Verbrennungsluft wird beim oberen Abberand nicht durch einen Rost geleitet, sondern gelangt seitlich zur Glutbettzone.

Die erste Brennstoffcharge wird von oben gezündet und oben befindet sich auch die Glutzone.

Ein Rost ist meistens nicht vorhanden (Ascheentnahme nur bei abgekühlter Anlage möglich).

Vorteile:

Da die Brenngase ungehindert nach oben steigen können, werden in der Nachbrennkammer die für einen vollständigen Abbrand benötigten hohen Betriebstemperaturen relativ schnell erreicht, während sich der Brennstoffvorrat langsam von oben nach unten erhitzt.

Die Gasfreisetzung erfolgt somit gebremst. Der Holzvorrat brennt gleichmäßiger und kontrollierter ab, als bei Durchbrandfeuerungen.

Nachteile:

Das Feuerraumvolumen verändert sich mit der Abnahme der Füllmenge und somit die Gasverweilzeit, sofern die Feuerung nicht über eine entsprechende Sekundärluftzuführung verfügt.

Somit liegt die größte Verweilzeit am Schluss des Abbrandes einer Charge vor, und nicht wie für eine optimale Verbrennung erwünscht, am Anfang.

Betriebsweise

Beim Nachlegen wird Brennstoff auf die verbleibende Glut gelegt. Die Nachfolgende Abbrandperiode ähnelt somit  der Durchbrandfeuerung.

Auch beim oberen Abbrand sind kleinere Nachlegemengen in häufigeren Intervallen von Vorteil.

Anwendung:

In Einzelfeuerstellen z. B. bei Kachel-/ Grundofenfeuerungen, Warmluftofen etc.

Unterer Abbrand

Prinzip:

Die Heißgase werden nicht nach oben abgeführt, sondern die Flammen breiten sich unterhalb des Feuerraumbodens oder zur Seite hin aus. Dadurch nimmt nur die jeweils unterste Schicht des Brennstoffes an der Verbrennung teil.

Die im Bereich der Primärluftzufuhr freigesetzten Brenngase werden über einen Gebläsezug in die Brennkammer gelenkt, in der sie unter Sekundärluftzufuhr nachverbrennen (Brennkammer unten=Sturzbrand, Brennkammer seitlich= seitlicher Unterbrand).

Das über der Glutzone liegende Holz dient als Brennstoffreserve.

Vorteile:

Die Füllmenge ist für den Verbrennungsablauf unerheblich, somit kann bei großen Füllraumvolumen ein häufiges Nachlegen unterbleiben (bis zu 5 h).

Durch die relativ kontinuierliche pyrolytische Zersetzung und Vergasung des Brennstoffes lässt sich die Verbrennungsluftmenge gut anpassen, wodurch guter Ausbrand und somit hohe Verbrennungsqualität erreicht werden.

Nachteile:

Eine Zwangsbelüftung mit Saug- oder Druckgebläse ist in d. R. erforderlich.

Nachfüllen während der Hauptabbrandphase nur bedingt möglich.

Gefahr von Lochbrand (Brückenbildung über dem Glutbett) mit hohen Emissionen.

Betriebsweise

Eine größere Brennstoffmenge wird komplett abgebrannt, danach erst neuen Brennstoff auflegen.

Anwendung:

Häufig angewendet bei Stückholz- oder Hackgutkessel.

1.2. Scheitholz-Zentralheizungskessel (handbeschickt)

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Funktion

Als Feuerungsprinzip kommt bei modernen Kessel der untere Abbrand (Unterbrandfeuerung) zum Einsatz.

Stückiges Holz oder Holzscheite wird in einen Füllschacht von Hand eingefüllt.

Die Verbrennungsluft wird über Saugzug oder Druckgebläse oder auch Naturzug zugeführt.

Für die Leistungsregelung wird ein Kesselthermostat (Regelgröße Kesselwassertemperatur) bzw. bei modernen Kesseln zunehmend eine abgasgeführte Verbrennungsluftregelung verwendet.

Sicherheitstechnik

- Kontrolliertes Öffnen des Beschickungsraumes über Kontaktschalter

- Überhitzungsschutz

  (Sicherheitswärmetauscher mit thermischer Ablaufsicherung)

Beschickung

- Seitlich über schwenkbare Fülltüren

- Von oben über Füllschachtdeckel

Gebläse

- Druck- und/ oder Sauggebläse

Wärmeübertrager

Bei Kleinanlagen wird die Wärmeübertragung in d. R. über von Wasser umspülte Rauchrohre und Plattenwärmetauscher ausgeführt.

In den Rauchrohren werden meist Spiralen (Turbulaturen) als Rauchgasschikane eingehängt.

Da die Turbulaturen beweglich sind, dienen sie meist auch der Reinigung.

Regelung

Die Regelung muss auf dem Chargenabbrand abgestimmt sein.

Der Chargenabbrand besteht aus 3 Phasen:

- Anfahrphase

- stationäre Phase mit konstanter Leistung (Betriebszustand)

- Ausbrandphase

Stellgröße für die Regelung ist die Primär- und Sekundärluftmenge, sofern eine Trennung zwischen den Luftströmen besteht.

Mit der Primärluft kann die Feuerungsleistung von ca. 50 bis 100% beeinflusst werden.

Mit der Sekundärluft wird der vollständige Abbrand der brennbaren Gase kontrolliert.

Die wichtigsten Regelkonzepte:

- Beeinflussung der Feuerungsleistung und lange Abbrandzeiten

- Optimierung der Verbrennungsbedingungen in den 3 Phasen

- Restwärmenutzung

Je nach Regelungskonzept unterscheidet man

- Volllastkessel

  lassen sich nicht in ihrer Leistung drosseln

- Leistungsgeregelte Kessel

  Ein Saugzug- oder Druckgebläse dosiert je nach Leistung

  die Primärluftmenge

- Leistungs- und verbrennungsgeregelte Kessel

  Zusätzlich zur Leistung wird die Qualität der Verbrennung

  geregelt > Regelschema

Wärmespeicher (Puffer)

Um eine hohe Verbrennungsqualität zu erreichen, sollten handbeschickte Feststoff-Feuerungen mit möglichst hoher Heizlast betrieben werden. Eine der Möglichkeiten ist der Einsatz eines Pufferspeichers.

Funktion

Sobald die Wärmenachfrage unter die kleinste Wärmeleistung fällt, muss die Feuerung entweder durch Unterbrechen der Luft- und Brennstoffzufuhr selbständig abschalten, oder die überschüssige Energiemenge wird in einem Wärmespeicher (isolierter Stahlbehälter) eingespeist.

Danach steht die gespeicherte Wärme, je nach Puffergröße mehr oder weiniger lang, der Heizung oder Trinkwassererwärmung zur Verfügung (abhängig von hydraulischer Schaltung).

Speichertypen

Je nachdem, ob die Brauchwassererwärmung separat oder im Wärmespeicher integriert ist oder auch mit Solarwärmenutzung, gibt es unterschiedliche Speichertypen, z. B. Kombispeicher.

Hydraulische Einbindung

Bei der einfachsten Variante ist während des Anheizens der Heizungsvorlauf mit dem -rücklauf bis zum Erreichen der erforderlichen Betriebstemperatur im Kessel (60°C) kurzgeschlossen (Rücklaufanhebung).

Danach kann Heißwasser in den Heizkreis oder Warmwasserboiler fließen.

Wenn keine Energie mehr benötigt wird, beginnt die Pufferbeladung.

Danach wird der Puffer wieder entladen, in dem er die Heizung oder dem Boiler mit Wärme versorgt.

Pufferdimensionierung

Das erforderliche Speichervolumen wird von mehreren Faktoren bestimmt:

- Leistungsbereich (lastvariabler oder Volllast-Kessel)

- Volumen des Brennstoff-Füllraums

- wirksame Temperaturdifferenz im Speicher

- Komfortansprüche (Nachlegeintervalle)

Das Speichervolumen sollte mindesten bei 55 l/kW installierter Feuerungswärmeleistung liegen.

Für höheren Komfort werden mindesten 100 l/kW benötigt.

Kombination mit anderen Wärmeerzeugern

Scheitholzkessel lassen sich zusätzlich mit Heizöl oder Gas betreiben. Dafür gibt es 2 Grundvarianten (Kombikessel und getrennte Wärmeerzeuger) mit vielen weiteren Varianten:

A) Kombikessel (gemeinsamer Wärmeerzeuger)

1. Nach der Art, ob der Brenner erst montiert werden muss oder fest eingebaut ist, unterscheidet man:

- Umstellbrandkessel

Brenner muss vor die Holzeinführtür bei Brennstoffumstellung erst angeflanscht oder eingeschwenkt werden

- Wechselbrandkessel

Brennstoffwechsel ist ohne Umbau möglich

2. Nach der Anordnung der Feuerraumes und der Wärmetauscher unterscheidet man:

- Feuerungen mit gemeinsamen Feuerraum und

Wärmeübertrager

- Feuerungen mit getrennten Feuerraum und gemeinsamen

Wärmeübertrager (Doppelbrandkessel)

- Feuerungen mit getrennten Feuerraum und

getrennten Wärmeübertrager

B) Zwei getrennte Wärmeerzeuger (2 Kessel)

 2. Automatisch beschickte Feuerungen (Quelle: FNR)

2.1. Bauarten und Feuerungstypen

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Unterschubfeuerungen

Prinzip:

Der Brennstoff wird mit einer Förderschnecke von unten in die Feuermulde (Retorte) eingeschoben.

Ein Teil der Verbrennungsluft wird als Primärluft in die Retorte eingeblasen. Dort erfolgt die Trocknung, pyrolytische Zersetzung und Vergasung des Brennstoffs.

Für die vollständige Oxidation der brennbaren Gase, wird die Sekundärluft vor dem Eintritt in die die heiße Nachbrennkammer mit den brennbaren Gasen vermischt.

Anschließend geben die heißen Gase im Wärmeübertrager ihre Wärme ab und gelangen über das Kaminsystem in die Atmosphäre.

Anwendung:

In Unterschubfeuerungen können Holzschnitzel und Holzpellets mit einen Wassergehalt von 5 bis 50% verbrannt werden.

Sie eignen sich für ascharme Brennstoffe mit feinkörniger und gleichmäßiger Beschaffenheit.

Rinde oder Halmgutbrennstoffe können nicht verbrannt werden.

Quereinschubfeuerungen

Prinzip:

Der Brennstoff wird mit einer Förderschnecke (Stokerschnecke) von der Seite in den Feuerraum (mit oder ohne Rost) eingebracht.

Je nach Anlagengröße und Brennstoff werden starre oder bewegliche Roste (Vorschub- oder Kipproste) verwendet.

Ein Teil der Verbrennungsluft wird als Primärluft im Seitenbereich der Brennermulde oder über Luftkanäle in den Rostelementen eingeblasen.

Die Primärluft kühlt gleichzeitig den Rost und mindert das Risiko von Schlackeanbackung und Überhitzung bei kritischen Brennstoffen.

Die Sekundärluft wird oberhalb des Rostes bzw. Glutbettes  oder vor Eintritt in die Nachbrennkammer zugeführt.

Die anfallende Asche fällt in einen Aschekasten

Anwendung:

Sie eignen sich für ascharme Brennstoffe  mit feinkörniger und gleichmäßiger Beschaffenheit.

Bei Anlagen mit starren Rosten (z. T. mit Ascheräumer oder Kipprosten können Holzhackschnitzel und Holzpellets verbrannt werden.

Anlagen mit beweglichen Rosten (Vorschubrost) eignen sich zusätzlich auch für Späne und Rinde.

Rostlose Schubbodenfeuerung (Einschubfeuerung)

funktionieren ähnlich wie Unterschubfeuerungen und eignen sich für Holzhackschnitzel und Holzpellets.

Mit Wasserkühlung unter dem Glutbett (gekühlte Rostelemente, und Brennraumoberflächen) auch zusätzlich für aschereiche und zur Verschlackung neigende Schüttgut-Brennstoffe (Strohpellets, Häckselgut, Bruchkörner, Mühlennebenprodukte und Getreidekörner) geeignet

Für Großanlagen gibt es auch noch weitere Möglichkeiten z. B. > Wirbelschichtfeuerung etc.

Abwurffeuerungen

Prinzip:

Die mit einer Förderschnecke zugeführten Pellets fallen über ein Rohr oder einen Schacht von oben auf ein Glutbett.

Dieses befindet sich entweder in einer herausnehmbaren Brennerschale (Schalenbrenner), auf einem Kipprost (Kipprostfeuerung) oder in einem Tunnel (Tunnelbrenner).

Dort werden Primär- und Sekundärluft von unten bzw. seitlich durch Düsenbohrungen eingeleitet.

Anwendung:

Diese Systeme wurden speziell für Holzpellets entwickelt.

Die Verbrennung von aschereichen Brennstoffen (Getreidekörner, Ölsaaten etc. ist nicht möglich.

Halmgutfeuerungen

Schüttgutfeuerungen

Feuerungen für schüttfähige und aschereiche Halmgutbrennstoffe (Häckselgut, Strohpellets, Getreidekörner etc.) sind auch für Holzhackschnitzel und Holzpellets geeignet. Umgekehrt ist dies nicht möglich.

Halmgutfeuerungen weisen hinsichtlich

- Asche- und Schlackeabtrennung (Verschlackung),

- Temperaturführung,

- Brennstoffvorbehandlung,

- Emissionsbegrenzungen,

- Korrosion

einige technische Besonderheiten auf, die mit entsprechenden technischen  Maßnahmen mehr oder weiniger gelöst werden können:

Technische Maßnahmen, um die Nachteile gegenüber Holzbrennstoffen in den Griff zu bekommen:

- Unterschubfeuerungen

sind ohne leistungsstarke Entaschung für Halmgüter nicht geeignet

- Die hohe Verschlackungsneigung durch Ascheerweichung

kann durch eine Begrenzung der Verbrennungstemperaturen im Glutbettbereich mittels Rostkühlung, wassergekühlten Brennraumoberflächen etc. vermieden werden.

Auch das Bewegen von Brennstoff und Asche (z. B. Vorschubrost etc.) oder die Verwendung von Zuschlagsstoffen zum Brennstoff verhindern ebenfalls das Anbacken der Asche.

- Verwendung von korrosionsbeständigen Bauteilen

- Rostlose Schubbodenfeuerung mit Wasserkühlung

unter dem Glutbett (Einschubfeuerung) haben gute Vorraussetzungen für die Verbrennung von Halmgütern

- Die Einhaltung der Emissionsgrenzen

kann oftmals nur durch den Einbau aufwändiger Abgasreinigungsanlagen erreicht werden.

Ganzballenfeuerungen

Auf Grund hoher Investkosten werden diese Anlagen erst ab ca. 150 kW eingesetzt.

2.2. Feuerungskomponenten und Systemeinbindung

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Vorofenanlagen

Prinzip:

Im Gegensatz zur Kompaktbauweise bei Kleinanlagen wird hier die Primär- und Sekundärverbrennung in baulich getrennten Modulen (Vorofen und Scheitholzkessel) realisiert.

Im Vorofen ist die Brennstoffbeschickung (Rückbrandsicherung, Stokerschnecke) und der Rost (Fest- oder Vorschubrost) untergebracht.

Die im schamottierten Entgasungsraum des Vorofens gebildeten Brenn- und Abgase werden über ein Flammrohr/ Flansch in das nachgeschaltete Kesselmodul geleitet. In d. R. ist das ein vorhandener oder ausgedienter Scheitholzkessel.

Je nach Ausführung findet in diesem Kessel noch eine Nachverbrennung statt, bevor die Heizgase in den integrierten Wärmeübertrager gelangen.

Vorteile:

Es können z. T. ältere Systemkomponenten weiter genutzt werden.

Nachteile:

Erhöhte Abstrahlverluste bei ungenügender Wärmedämmung und nicht wassergekühlter Vorfeuerung.

Relativ hoher Platzbedarf.

Anwendung:

Verbrennung von Hackschnitzeln etc. und Scheitholz.

Wärmeübertrager

Kombination mit anderen Wärmeerzeugern

Im Unterschied zu Scheitholzkesseln kommen bei Hackschnitzelfeuerungen auch Wärmeübertrager mit liegenden Rauchrohrbündeln zum Einsatz (kompaktere Bauweise).

Für die Reinigung ist auf leichte Zugänglichkeit zu achten.

bei vertikalen Rauchrohrbündeln sind auch automatische Abreinigungssysteme möglich.

Bei Verwendung von korrosionsfördernden Brennstoffen (Halmgut) kann die Lebensdauer der Wärmeübertrager stark vermindert sein, auch bei Edelstahl.

Hackschnitzel- und Pelletfeuerungen als alleinige Heizquelle lassen sich ganzjährig vollautomatisch betreiben.

Kombinationen mit Scheitholzkesseln können bei Verfügbarkeit der Brennstoffe sinnvoll sein.

Bzgl. hydraulischer Einbindung bei Mehrkesselanlagen gibt es verschiedene Lösungen (s. Hydraulik)

Ebenso kann der kombinierte Betrieb mit mit Öl- und Gasfeuerungen Vorteile bieten (z. B. Parallelbetrieb oder alternativ bei Spitzen- und Schwachlastanwendung).

Anbindung an das Brennstofflager (Lageraustragesysteme)

Hackschnitzelfeuerungen etc. verfügen in d. R. über eine vollmechanisierte kontinuierliche Brennstoffnachlieferung aus dem Lagerraum.

Das geschieht entweder absätzig über einen Zwischenbehälter, der von Zeit zu Zeit automatisch nachgefüllt wird,

oder mit Hilfe einer Doppelschneckenführung mit Fallschacht.

Als Entnahmesysteme (Lageraustragesysteme) aus dem Lagersilo werden z. B. Blattfederaustrag, Konusschnecke, Schubboden, Schrägboden etc. verwendet.

Die Austragsebene des Silos bei Hackschnitzeln etc.  ist waagerecht oder als schiefe Ebene angeordnet.

Bei Pellets bieten sich auch kostengünstigere Lösungen in Form von Schrägbodenausträgen mit Schneckenförderung oder Luftsaugsysteme an.

Pellets, Getreidekörner etc. lassen sich auch mit gebogenen, achsenlosen Schnecken (Spiralschnecken) fördern.

Sicherheitseinrichtungen

Rückbrandsicherungen

Automatische Biomassefeuerungen müssen über eine Absicherung gegen Rückbrand im Zuführungssystem verfügen.

In d. R. geschieht das in Kombination mit der Fallstufe zwischen Austragschnecke (Schnecke vom Lager/ Silo) und Stokerschnecke (Schnecke zum Brenner).

Die Fallstufe allein kann einen Rückbrand nicht vermeiden. Es ist mindestens ein Löschwassersystem vorzusehen.

Löschwassersysteme werden in der Praxis häufig mit weiten Sicherungssystemen kombiniert:

- Absperrklappen oder Absperrschieber

- Zellradschleusen

Unterdruckregelung

Das Austreten giftiger Gase in den Heizungsraum kann durch einen konstanten Unterdruck im Feuerraum verhindert werden.

Überhitzungsschutz

Durch einen eingebauten Sicherheitswärmetauscher im Kessel in Verbindung mit einer thermischen Ablaufsicherung kann der Kessel im Notfall mit Kaltwasser abgekühlt werden.

Regelung (Kessel)

Automatisch beschickte Anlagen sind in d. R. teillastfähig und benötigen somit eine Leistungsregelung.

Leistungsregelung

Sie ermöglicht einen automatischen Betrieb entweder bei mehreren fest voreingestellten Leistungsstufen oder eine stufenlose Leistungsanpassung.

Es werden die Brennstoff- und Verbrennungsluftzufuhr variiert.

Regelgröße ist meistens die Kesseltemperatur.

Der Regelungsbereich liegt meistens zwischen 100% (Volllast) und 50% (Teillast).

Unterhalb der kleinsten Wärmeleistung, die im kontinuierlichen Betrieb noch erbracht werden kann, arbeiten die Anlagen im Ein-Aus-Betrieb in Verbindung mit einer automatischen Zündeinrichtung oder einer Glutbetterhaltung.

Verbrennungsregelung (Feuerungsregelung)

Das ist eine zusätzliche Funktion zur Leistungsregelung. Sie garantiert eine hohe Ausbrandqualität und einen hohen Wirkungsgrad.

Regelgröße ist die Einstellung eines optimalen Brennstoff-/ Luft- Verhältnisses.

Bei Hackschnitzelfeuerungen wird z. B. die Lambda-Regelung häufig eingesetzt.

Die Lambda-Sonde (Messfühler) misst den Luftüberschuss im Abgasstrom.

Kombinierte Leistungs- und Verbrennungsregelung > Regelschema

Das Zusammenspiel beider Regelkreise erfolgt als Kaskade, in welcher die Leistungsregelung als übergeordneter, langsamer Regelkreis die Leistung (Wärmeabgabe) beeinflusst und gleichzeitig Vorgabewerte an die Verbrennungsregelung als inneren, schnellen Regelkreis liefert.

3. Schornsteinsysteme

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Die Bemessung des Schornsteinquerschnittes für die jeweilige Feuerungsart erfolgt nach DIN 18160.

Baugruppen

I. Dreischalige Isolierschornsteine

   sind für alle Feuerungen geeignet

II. Zweischalige Isolierschornsteine

   sind nicht feuchteunempfindlich (kein säurefester Innenmantel)

III. Einschalige Schornsteine

   sind für moderne Heizkessel ohne nachträgliche Verrohrung

   in d. R. weniger geeignet.

Verbindung zwischen Feuerstätte und Schornstein

- Abgasrohr mit Steigung verlegen

- Keine überstehenden Rohre im Kaminzug

- Reinigungsöffnungen an jedem Bogen

- Keine gegenüberstehenden Einmündungen bei mehreren

  Anschlüssen

- Nebenluftregelvorrichtung vorsehen

- Beeinflussung der Windrichtung durch Dächer, Bäume beachten

Für wesentlich mehr Informationen stehen wir Ihnen mit einer persönlichen Fachberatung jederzeit gerne zur Verfügung.