Miljøvenlig laveffektbrændeovn med høj nyttevirkning

Rapport for fase 2

1. Resumé
1.1 Opgaver i resten af fase 2/fase 3
2. Fortsatte forsøg med forsøgsovn/brændkammeret benyttet i fase 1
2.1 Beskrivelse af forsøgsovnen benyttet i fase 1
2.2 Ombygning af brændkammeret i fase 2
3. Gennemførte forsøgsrækker
3.1 Forsøg med styring af primærluft efter røgtemperatur
4. Sammenfatning
5. Konstruktionskrav

1. Resumé

Det er muligt ved én påfyring på 20 timer at opnå et forbrændingsresultat på 2840 ppm CO_13%O2 ved en indfyret effekt på 3,3 kW og et tab på 12,8% svarende til en afgivet effekt på 2,9 kW.

Resultatet er opnået ved fastholdt primærluft og med sekundærluft styret efter træk, idet en styring af primærluften efter røggassernes temperatur øgede problemerne med at opnå til strækkelig luftmængde til gasafbrænding.

Ved et enkelt forsøg med træpiller er det lykkedes alene med primærluft uden sekundærluft at opnå et forbrændingsresultat på 2528 ppm CO_13%O2 og et tab på 21,9% ved en indfyret effekt på ca. 2,8 svarende til en afgivet effekt på 2,2 kW. Det almindelige brændkammer kan benyt tes efter en simpel indbygning.

1.1 Opgaver i resten af fase 2/fase 3:

• Konstruktion af 8-timers ovn med mulighed for simpel ændring af sekundærluftdysen.
  
• Konstruktion af 24-timers ovn med mulighed for simpel ændring af sekundærluftdysen.
  
• Konstruktion af 36-mm dyse efter trækstabilisator-princippet for sekundærluft til de to ovne.
  
• Konstruktion af 36-mm dyse med bimetalstyring for sekundærluft til de to ovne.
  
• Konstruktion af enkel ovn udelukkende for piller eller korn.

Magasin

Brændemagasinets indvendige, isolerede mål er 250 x 350 x 620 mm (længde x bredde x høj de). Højden var ved en fejl anført til at være 350 mm i rapporten for fase 1.

Magasinets vægge består af en relativ hård ildfast Skamol-plade, 25 mm tyk, isoleret med en blød Kerenab-plade, 25 mm tyk (figur 1, se også figur 2 og 3).

Figur 1: Skitse af forsøgsovn

Primærlufttilsætning

To primærluftdyser er anbragt i magasinets langvæg med centerlinie ca. 50 mm over bunden og med ca. 200 mm indbyrdes afstand og mundingerne trukket ca. 100 mm tilbage fra maga sinets indervæg, 50 mm fra ydervæggen.

Gasafgang fra magasin

Gasserne forlader magasinet gennem en åbning i langvæggen. Åbningens nederste kant er hævet 25 mm over bunden. Åbningen er 250 mm bred og 50 mm høj ved siderne af åbningen, spidsende op til 75 mm på midten. Spidsningen er for at hjælpe på gasblandingen ved lav ind fyret effekt.

Sekundærlufttilsætning

Sekundærluft tilsættes gennem en dyse med vandret centerlinie 100 mm over primærluftdy- sernes centerlinie. Gasforbrændingskammeret fortsætter 250 mm over sekundærdysens cen terlinie.

Gasforbrænding

Gasvejens tværsnit er snævret sammen til ca. 40 cm² , ca. 60 x 70 mm, og drejet op i lodret.

Konvektionsdel

De udbrændte gasser føres i en uisoleret jernkanal til brændemagasinets bagside, hvor de mø des i en røgkasse tilsluttet et lodret røgrør. Primærluftkanalerne er forsynet med glasdæksel, så man kan se ind i brændemagasinet gennem dyserne. Sekundærdysen er ligeledes forsynet med glasdæksel, så gasflammerne kan ses. Gasforbrændingskammeret er forsynet med en rude i forvæggen. Luftdyserne er udført af 18-8 stål med tilnærmet "klokkeformet" indløb.

Magasinet

Magasinet har i nogle af forsøgene været reduceret 50 mm i længden, således at længde x bredde x højde har været 200 x 350 x 620 mm.

Primærlufttilsætningen

I efteråret 1995 blev de to primærluftdyser udskiftet med to koniske dyser med variabel lys ning, maksimalt 25 mm, fra fase 1 i lavbrandprojektet fra 1992. Skueglassene er fjernet, men man kan se skråt ind gennem dyserne. Primærluftdyserne er påbygget en temperaturstyring.

Gasafgang fra magasin

Gasafgangsåbningen fra magasinet er ved en midtersprosse opdelt i én afgangsåbning pr. pri mærdyse, i de sidste forsøg er hver åbning 70 x 70 mm.

Sekundærlufttilsætning

I efteråret 1995 er sekundærluftdysen udskiftet med en konisk dyse med variabel lysning, maksimalt 25 mm, fra fase 1 i lavbrandprojektet fra 1992. Skueglasset er fjernet, men man kan se skråt ind gennem dysen.

Gasforbrænding

Gasvejens tværsnit er udvidet ad flere gange og har i de sidste forsøg været 75 cm².

Konvektionsdel

Der er ikke udført ændringer af konvektionsdelen.

3. Gennemførte forsøgsrækker

I perioden fra den 2. november 1995 til den 27. februar 1996 er udført i alt 15 forsøg. For søgsomstændighederne fremgår af tabellen side 9. Resultaterne fremgår af tabellen side 10. Tegning af ovn og angivelse af målepunkter findes side 11.

Indledende forsøg

I de første 4 forsøg blev temperaturstyring, måleudstyr og datalogger afprøvet. Det var ikke muligt at tænde ovnen uden voldsomme gasforpufninger med flammer ud af luftdyserne, hvorfor indsnævringen i røgvejen mellem primærdyser og sekundærdyse blev fjernet efter 3. forsøg. Indsnævringen blev etableret i maj 1995 i et forsøg på at sikre en god gasblanding in den sekundærtilførslen, men viste sig altså uheldig og i øvrigt unødvendig for gasblandingen.

Ændring af gasafgang fra magasin

For at forbedre blandingen mellem primærluft og brændende gasser blev der efter forsøg 4 monteret en 70 mm bred midtersprosse i porten fra brændemagasinet (område A på figur 1, side 3), således at der opstod en port 50 x 90 mm pr. dyse. Efter forsøg 9 blev portene fra brændemagasinet ændret til 2 stk. 70 x 70 mm huller for at forhindre primærluften i at nå ind til brændslet ved situationer med kraftig gasudvikling.

Ændring af gasforbrændingskanalen

Efter forsøg 11 blev åbningen mellem primærdyser og sekundærdyse (område B på figur 1, side 3) øget til 35 x 140 mm, og gasforbrændingsskakten (område C på figur 1, side 3) blev øget med 50 mm i bredden for at nedsætte trykfaldet.

Temperaturstyring

Fra forsøg 3 til 11 blev forskellige reguleringshastigheder afprøvet. Også forskellige maks. og min. stop for primærluft.

Forsøg 8 og 10 udviste pæn forbrænding med CO_13%O2 på henholdsvis 2450 ppm og 2120 ppm, men ved indfyrede effekter på 5,6 kW og 3,9 kW. Alle forsøg, også de gode, viste en voldsom stigning i CO-værdier ca. 1 time efter påfyring. Stigningerne var ledsaget af stigning i røgtemperatur og i træk fra 7 Pa til 12 Pa og et fald i O₂%. Formindskelse af primærluft- mængden syntes at øge problemet.

Forsøg med fastholdt primærluft

Ud fra en teori om, at de varme Skamol- og Kerenab-plader i magasinet, mængden af gløder og varmen dannet ved selve forgasningen kan forgasse store mængder træ uden lufttilførsel i lang tid, blev det besluttet at fastlåse primærluftindstillingen og at øge sekundærlufttilsætnin- gen i takt med trækforøgelsen.

I forsøg 12 blev sekundærluften øget manuelt, og forsøg 13 var en kort fortsættelse med halmbriketter.

Forsøg med trækstabilisator som sekundærluftspjæld

I forsøg 14 var en almindelig trækstabilisator monteret som sekundærluftspjæld, og den ko niske dyse var udskiftet med et ca. 44 mm rør. Resultatet blev 2840 ppm CO_13%O2 ved en ind fyret effekt på 3,3 kW og et tab på 12,8% svarende til en afgivet effekt på 2,9 kW. Resultater- ne er gengivet grafisk side 12.

Forsøg med træpiller

Forsøg 15 med træpiller blev gennemført uden sekundærluft med resultatet 2528 ppm CO_13%O2 og et tab på 21,9% ved en indfyret effekt på ca. 2,8 svarende til en afgivet effekt på 2,2 kW.

4. Sammenfatning

Det er muligt ved én påfyring på 20 timer at opnå et forbrændingsresultat på 2840 ppm CO_13%O2 ved en indfyret effekt på 3,3 kW og et tab på 12,8% svarende til en afgivet effekt på 2,9 kW.

Resultatet er opnået ved fastholdt primærluft og med sekundærluft styret efter træk, idet en styring af primærluften efter røggassernes temperatur øgede problemerne med at opnå til strækkelig luftmængde til gasafbrænding.

På grundlag af forsøgsresultaterne og iagttagelserne under forsøgene kan der opstilles en ræk ke krav til en brændeovn, der skal kunne brænde ved en indfyret effekt omkring 3 kW, og som skal kunne brænde mere end 8 timer på én påfyring:

1. Brændet skal kunne indfyres gennem en sidevendt låge i et magasin udmuret med isolerende murværk. Også lågen skal være udmuret. Det nuværende magasins indven- dige mål på 200 x 350 x 620 mm giver mulighed for indfyring af i alt ca. 14 kg brænde svarende til ca. 20 timers drift ved en indfyret effekt på 3 kW. Magasinet skal kunne rumme ca. 2 kg optændingsmateriale plus 3/4 kg brænde pr. ønsket driftstime.
   
2. Gasafgangen fra magasinet skal ske gennem én eller flere åbninger i en af magasinets sider ved bunden af magasinet.
   
3. Åbningen/åbningerne skal være beskyttet mod blokering af brændestykker, f.eks. ved hjælp af ristestænger eller ved en "perron"-konstruktion.
   
4. Åbningen/åbningerne skal være så lille/små, at primærluften helt eller delvist forhin- dres i at nå ind til brændet ved situationer med voldsom gasudvikling.
   
5. Bunden af magasinet skal være udformet som en ristekonstruktion evt. af murværk, som tillader lufttilførsel ved optænding, og som muliggør askefjernelse, men som kan tåle at være uden lufttilførsel ved almindelig forbrænding.
   
6. Primærluften skal tilføres gennem et antal dyser svarende til antallet af huller i siden af magasinet, på helt små konstruktioner kun én dyse og et hul.
   
7. Dysearealerne skal muliggøre tilførsel af fra 1 til 3 m³ luft pr. time pr. ønsket kW ved 5-10 Pa. En dyse med lysning på 36 mm vil kunne tilføre 10 m³ luft ved 5 Pa. Primær- luftdysen/dyserne skal anbringes umiddelbart overfor åbningen/åbningerne i brænde- magasinet i en sådan afstand fra åbningerne, at man kan få en fornuftig dimension på gasforbrændingskammeret.
   
8. En ovn med kun én primærdyse kan være en mulighed. Porten i magasinvæggen foran dysen i en ovn med kun én primærdyse skal sandsynligvis være en anelse større end 70 x 70 mm.
   
9. Primærluften skal passere et gasforbrændingskammer, inden luften når over gennem denne åbning, således at primærluften ved voldsom gasudvikling i brændemagasinet afbøjes og bringes til at fungere som sekundærluft.
   
10. .Gasforbrændingskammeret skal have et tværsnitsareal, der tillader gashastigheder på ned til 1-2 m/sek. ved 800 âC for at undgå, at ilden blæser ud. 1 m/sek. svarer til 30 cm² pr. kW. (Gasforbrændingskammerets tværsnitsareal har efter udvidelsen været 6,5 x 11,5 cm eller 75 cm²).
11. .En del af forvæggen i gasforbrændingskammeret udføres med glasrude, evt. som låge, således at rensning af røgvejene kan foretages herigennem.
    
12. .I den nederste del af gasforbrændingskammeret, så tæt ved primærlufttilførslen som muligt, skal sekundærluft kunne tilføres gennem en dyse med en diameter på ca. 36 mm, svarende til 13 m²/h luft ved 5 Pa.
    
13. .Foran primærdysernes og sekundærdysens luftindtag bygges et kammer, f.eks. med glaslåge, som kan forhindre direkte stikflammer ved forpufning, og som kan forhindre kondensdryp.
    
14. .Lågen skal være så stor, at den også dækker lågen i gasforbrændingskammeret. Den nødvendige opholdstid for gasserne, og dermed længden af forbrændingskammeret kendes ikke. Muligvis kan den gøres noget mindre, end den er nu, uden at det går ud over forbrændingskvaliteten. Det vil nok være mest hensigtsmæssigt at bibeholde den nuværende størrelse, men udforme udmuringen i sektioner, så man kan fjerne en del af murværket i slutningen af kammeret mellem forsøgene og på den måde simulere et kortere kammer.
    Sekundærlufttilsætningen sker i øjeblikket senere end nødvendigt. Ved en mere hen sigtsmæssig placering af sekundærdysen kan den samlede højde, som nu er godt 50 cm reduceres noget.
15. .Umiddelbart efter afgangen fra gasforbrændingskammeret skal røgen føres til en kon vektor, der kan yde mindst 2 kW. Såvel røgsiden som luftsiden skal kunne renses.
16. .Primærdyserne udstyres med en positions-skala, der er proportional med det samlede primærluftdyseareal.

Sekundærluftdysen udføres i to udgaver, en efter trækstabilisatorprincippet, og en hvor dysearealet kan styres af enten en temperatur i røgkanalen eller iltprocenten i røgen.

Tabel 1: Forsøgsomstændigheder

Figur 2

Figur 3

Temperaturer ^oC Primærluft-spjæld - % åbning

Figur 4

Grafer over resultaterne fra brændeovnsforsøg, brænde: Se her