Miljøvenlig laveffektbrændeovn med høj nyttevirkning

Rapport for fase 3

På basis af oplægget i delrapport for fase 2, marts 1996, er der fremstillet en forsøgsovn nr. 2 for 8-timers drift pr. påfyring ved en indfyret effekt omkring 3,5 kW. Krog Iversen og Co. A/S har tegnet ovnen, som er fremstillet af Heta A/S og afleveret i august 1996.

Ovnen er opbygget i 3 mm plade og består af følgende:

• Brændemagasin med underliggende rist og askeskuffe, hvorigennem underluft kan tilføres
• Område (perron) mellem magasin og blænder
• Blænder
• Område mellem blænder og dyser for gas/luftblanding og gasforbrænding
• Primærdyser og sekunddærdyse
• Indsnævring for gas/luftblanding
• Gasforbrændingskammer
• To symmetriske konvektorer med luftkappe, hvor stuelufttilførslen kunne varieres, den ene har dog været blændet af, og den anden er blevet delvis isoleret i luftkappen allerede efter de indledende forsøg for at opnå tilstrækkelig røgtemperatur.
• Røgkammer med studs til skorstenstilslutning

Brændemagasinet

Brændemagasinet er foret med 2 lag 25 mm Skamol og måler indvendigt 350 mm i bredden, 200 mm i dybden og 600 mm i højden og kan rumme op til ca. 9 kg brænde med 18% vand.

Rysterist og askeskuffe

I bunden af magasinet er der en cirkulær rysterist dækket af en 25 mm Keranab-plade med udskæringer. Under risten er der en askeskuffe med luftroset for tilførsel af underluft.

Område foran blændeplade

Nederst i magasinets frontvæg er der en 100 mm høj åbning i magasinets fulde bredde. 40 mm inde i åbningen er der anbragt en blændeplade af 25 mm Keranab med 2 cirkulære huller symmetrisk i pladen med samme centerafstand som primærdyserne, 211,5 mm. De 40 mm, som pladen er trukket tilbage fra magasinvæggens plan, skal forhindre brænde i at spærre for blændeåbningerne. Blændernes lysning har været 65 mm undtagen i forsøg 4, hvor de har været 58 mm, og i forsøg 1-3 og 5, hvor de har været 70 mm. Primærluftdyser 70 mm foran blændepladen er en Keranab-plade med primærdyserne anbragt med dysernes centerlinierne gennem blændeåbningernes centre og dysernes mundinger 40 mm foran dysepladen. Primærdyserne har 25 mm lysning og klokkeformet indløb og et centralt keglelegeme, der kan bevæges frem og tilbage. I skemaet over forsøgene angiver "dyse-mm", hvor mange mm keglelegmerne er trukket tilbage fra 0, som angiver lukkede dyser.

Sekundærluftdyse

Mellem de to primærdyser er en 40 mm sekundærdyse anbragt således, at sekundærluften rammer ind på blændepladen mellem de to blændeåbninger. Sekundærdysen har også klokkeformet indløb og er forsynet med et vippespjæld, der åbner ved stigende træk.

Gas/luftblandeskakt og gasforbrændingskammer

Fra rummet mellem blændeplade og dyseplade fører en skakt med tværsnit 40 x 100 mm op til gasforbrændingskammeret, hvis højde er 200 mm og tværsnit er 100 x 100 mm.

Konvektionskanaler

Fra gasforbrændingskammerets sider fører to konvektionskanaler med tværsnit 100 x 100 mm vandret foran brændemagasinet og 30° op omkring siderne på magasinet til en røgkasse med skorstenstilslutning bag magasinet. På grund af problemer med at opretholde tilstrækkelig røgtemperatur har den ene kanal været lukket af, mens den anden er blevet isoleret allerede ved de indledende forsøg.

Tegning 1: Konstruktionsdetaljer for forsøgsovn 2 Se her

Der er udført 22 forsøg med varierende mængder primærluft gennem dyserne og underluft gennem bundristen og med og uden sekundærluft. Endvidere er der udført forsøg med fastholdt minimumstræk. Der er ikke udført forsøg med fastholdt maksimumstræk, idet hurtige ændringer af konvektionen viste sig at være uhåndterligt. Brændets vandindhold er varieret mellem 6% og 22%.

Resultaterne af de 22 forsøg fremgår af bilag 1.

Af de 22 forsøg er de bedste, hvad angår lang brændetid, lav effekt, lavt røggastab og lav CO- emission anført i skema 1.

Tabel 1: De 5 bedste forsøg i forsøgsovn nr. 2 for brænde

I de 4 af forsøgene er kravene i DS 887 opfyldt.

Det er således påvist, at ovnen kan brænde tilfredsstillende i intervallet 2,9-3,9 kW afgivet effekt. Det er ikke prøvet, men ovnen vil med stor sandsynlighed kunne brænde med endnu bedre forbrændingsresultat op til 5-6 kW afgivet effekt.

På basis af erfaringerne fra fase 2 og de indledende erfaringer fra fase 3 blev kravene til en pillebrænder opstillet i et oplæg "Forsøgsbrændkammer til piller, september 1997". Pillebrænderen blev tegnet af Jydepejsen A/S og fremstillet af Meteor i december 1997. Pillebrænderen var udstyret med en konvektor og et udmuret bypass.

Designkriterier

Pillebrænderen skal kunne fungere uden mekanisk indføring af brændslet og med det træk, man kan opnå med en 4,5 meter høj skorsten. Der må ikke benyttes forbrændingsluftblæser.

Magasin

Pillemagasinet skal kunne rumme piller til 12 timers drift ved en afgivet effekt på 3 kW ved en nyttevirkning på 75% svarende til en indfyret effekt på 4 kW. Pillemagasinet skal altså rumme 4 x 12 kWh = 48 kWh piller svarende til et rumfang på 16 liter.

Magasinet skal fores indvendigt med f.eks. 25 mm Skamol.

Magasinet skal have indvendige, isolerede mål på 150 x 150 x 600 mm (længde x bredde x højde). Højden regnes fra det øverste punkt af den skrå bund til toppen af magasin. Det kan også udføres cylindrisk, hvis man kan finde en passende foring.

Forsøg i spånplademodel viser, at magasinets bund skal have en hældning på 60° i forhold til vandret. Åbningen mod forbrændingskammeret skal have en fri højde på 60 mm. Åbningen skal være i fuld bredde. Den skrå bund skal være luftkølet, evt. med ribber.

Primærforbrændingskammer

Med et ensartet brændsel som piller bør det være muligt at brænde med et luftoverskudstal på 1,5 svarende til 7,5% ilt i røgen, hvilket ved 4 kW indfyret effekt giver 6 Nm³ røg pr. time eller 24 m³ pr. time ved 800°C, svarende til 0,0066 m³/sek. Hvis gashastigheden skal holdes mellem 1 og 2 m/sek., skal tværsnitsarealet ved flammefronten være mellem 66 og 33 cm².

Forbrændingskammeret bygges op af 25 mm Skamol. Under den forventede flammefront/askefront laves et askeudtag med tæt skuffe. En låge med dobbeltglas monteres på siden af forbrændingskammeret, dels for at man skal kunne se ilden, dels til optænding.

Loftet i forbrændingskammeret udføres af 25 mm Skamol eller Kerenab, udskifteligt fra dysesiden. I loftet udskæres en åbning, variabel, i første omgang 40 x 100 mm.

Gasforbrændingsskakt

Over primærforbrændingskammeret laves en skakt foret med 25 mm Skamol, med indvendigt tværsnitmål på 60 x 150 mm og 300 mm høj (stålskaktens indvendige mål er 110 x 200 mm). Herfra fortsætter skakten i to skakter.

By-pass-skakt

Den ene skakt skal være foret med Skamol, med indvendigt tværsnitmål på 60 x 60 mm.

Konvektor

Den anden skakt starter med et kammer, hvorfra røgen fortsætter i en konvektor af 12 stk. 20 mm rør af 18/8 stål, 400 mm lange.

Røgkasse

Skakt og konvektor føres til fælles røgkasse, som ender i en vandret 150 mm røgafgang. Der udføres skueglas over den forede skakt og renselem over konvektoren.

Over gasforbrændingskammeret laves et skydespjæld, evt. blot et stykke ildfast sten, der kan flyttes, således at røgen kan ledes til den forede kanal eller til røgkøleren i et vilkårligt forhold.

Mellem pillesiloens jernkappe og skaktens jernkappe skal være en afstand på 20 mm, så der bliver mulighed for luftkøling.

Primærlufttilsætning

Kold primærluft tilføres gennem en udskiftelig dyse, i første omgang med 22 mm lysning.

Dysen anbringes med centerlinien 30 mm over brændkammerets bund i en flytbar stenvæg (Skamol) med dysen pegende mod pillefronten, og således at afstanden mellem pillefront og dysemunding kan varieres mellem 60 mm og 100 mm. Dysen udføres "klokkeformet".

Tegning 2: Konstruktionsdetaljer for 12-timers pillebrænder

På basis af erfaringerne med forbrænding af piller i forsøgsbrændkammer nr. 1, rapporteret i delrapport for fase 2 marts 1996 og på forsøgene 1-14 med forsøgsbrændkammer 2, blev konstruktionskravene til en 12-timers pillebrænder beskrevet i "Forsøgsbrændkammer til piller, september 1997".

De nærmere detaljer for konstruktionen blev aftalt ved et møde hos Meteor den 16. september 1997. Jydepejsen A/S udførte herefter arbejdstegninger, og Meteor fremstillede pillebrænderen, som var klar i december 1997.

Pillebrænderen

Pillebrænderen består af

• Pillemagasin
• Skrå bund, hvis nederste del er "herd" for forbrændingen
• Sideåbning
• Primærforbrændingsområde
• Blændeplade
• Luftdyse
• Gasforbrændingskammer
• Konvektor med røgrør
• Parallelt udmuret bypass
• Skydespjæld
• Røgkasse med tilslutning til skorsten

Pillemagasinet

Pillemagasinet er en 600 mm høj skakt med tværsnit 200 x 200 mm, foret med 25 mm Skamol, således at det indvendige mål er 150 x 150 mm.

Skrå bund

Skaktens bund står i en vinkel på 60° i forhold til vandret, således at pillerne kan skride ud gennem en åbning for neden i siden af skakten.

Sideåbning

Åbningens frie tværsnit er 150 x 60 mm, som indskrænkes til 135 x 60 mm. Med en skridningsvinkel for pillerne på ca. 45° bliver pillefrontens areal ca. 135 x 80 mm.

Primærforbrændingsområde med dyser og blænder.

En dyse/dyseholder med 22 mm lysning er anbragt med luftretning vandret ind mod pillefronten, med dysemundingen ca. 100 mm fra pillefronten. I forsøg 2 blev dyseholderen anvendt som dyse (forsøg 1 var kun et optændingsforsøg uden målinger).

I forsøg 2 var et vandret loft af 25 mm Keranab, med en 55 x 55 mm åbning (gashals), indbygget 50 mm over brændkammerets bund.

Forsøg 3, 4 og 5

I forsøg 3,4 og 5 var der ca. 30 mm over den skrå pilleflade en skrå (45°) blændeplade af 12 mm Keranab med et cirkulært hul med centrum ud for dyseholderens centerlinie, og dyseholderen var foret med et dyserør med 19 mm lysning. Hullet i blændepladen var 63 mm i diameter i forsøg 3 og 50 mm i forsøg 4 og 5.

I forsøg 3, 4 og 5 har afstanden mellem dysen og pillefronten varieret mellem 80 mm og 95 mm.

Gasforbrændingsskakt

Over primærforbrændingsområdet, efter at have passeret op gennem gashalsen (forsøg 2) eller blænden (forsøg 3, 4 og 5), fortsætter de brændende gasser op gennem en 300 mm høj gasforbrændingsskakt 110 x 200 mm i tværsnit, foret med 25 mm Keranab, således at det frie tværsnit er 60 x 150 mm.

Konvektor og bypass

Over skakten kan røgen fordeles mellem en konvektor med 6 stk. mm røgrør og et 110 x 110 mm bypass foret med 25 mm Keranab, således at bypassets frie tværsnit er 60 x 60 mm. Konvektor og bypass er 400 mm høje. Et skydespjæld, som var tænkt anbragt under konvektor/ bypasset, er i stedet anbragt over.

Resultaterne af forsøgene fremgår af tabel 2.

Tabel 2: Resultaterne af forsøgene udført i pillebrænderen

Iltprocenten har gennemgående ligget for højt som tegn på, at dysen har været for stor i forhold til pillefrontens areal. CO-emissionen har derfor været relativ høj, fra 2500 ppm til 7000 ppm ved13% O₂. Den indfyrede effekt har været mellem 1,7 og 2,4 kW.

Det skønnes, at man med små ændringer vil kunne fremstille en pillebrænder, der kan brænde med afgivet effekt fra 1 kW til 3 kW og CO-emission under 2500 ppm ved 13% O₂ uden mekanisk fremføring af piller eller luft.

Det vil være nødvendigt at foretage nogle mindre ændringer i forhold til forsøgsbrænderen:

• Magasinet skal have et par graders smig, således at tværsnittet for neden er en anelse større end for oven.
• Pillefronten skal gives et noget større areal ved at sænke bunden.
• Der laves askeskuffe med et udslusningssystem med et eller to skydespjæld.
• Sidelågen fjernes.
• Der anvendes en dysestørrelser nogle mm mindre end de nuværende 19 mm.

• Dysen rettes vinkelret ind mod pillefladen, d.v.s. at dysen rettes 45° nedad.
• Blænden gøres udskiftelig under drift.
• Lågen, der arbejdes igennem, gøres væsentlig mindre og nemmere at pakke tæt.
• Ruden gøres mindre og fastskrues evt.
• Gasforbrændingsskakten gøres lavere, 150-200 mm, og de 100 mm, hvor skydespjældet skulle have været, fjernes.
• Der laves et skydespjæld over konvektoren, eventuelt bimetalstyret, således at en ønsket røgtemperatur, og dermed træk, kan fastholdes. Spjældet behøver ikke at være særligt hurtigtvirkende, hvorfor bimetallet ikke behøver at være anbragt direkte i røgstrømmen, men kan anbringes i en beskyttelseskasse i røgstrømmen eller på overfladen af røgrøret.

4.2 Erfaringer fra forsøgene med pillebrænderen, som kan benyttes ved konstruktion af en brændeovn

• En passende dimensioneret konvektor giver, sammen med et bypass for varm røggas mulighed for at styre røgtemperaturen uafhængigt af den indfyrede effekt. Herved kan man have et nogenlunde konstant træk uafhængigt af forbrændingsintensiteten, som normalt har en selvforstærkende virkning i afgasningsfasen.

Bilag 1: 22 forsøg udført i brændkammer nr. 2 for brænde: Se her