Holzhackschnitzel - Verbrennung

Die Hackschnitzel werden über ein geeignetes Schneckensystem auf den Rost in der Brennkammer des Kessels gefördert. Über das Zündelement werden die Hackschnitzel entzündet und die kontinuierliche Verbrennung findet statt. Für einen guten Ausbrand wird die Verbrennungsluft aufgeteilt und somit gelangt die Primärluft durch den Rost in das Glutbett und die Sekundärluft sorgt für einen optimalen Ausbrand der gebildeten Gase. Die heißen Gase steigen auf und werden durch die Wärmetauscher geleitet. Optional kann auch ein Partikelabscheider am Ende des Kessels bereits integriert sein oder nachträglich nachgerüstet werden. Die Abbildung zeigt das Schnittbild eines Hackschnitzelkessels.

Bei einer Unterschubfeuerung wird der Brennstoff mit einer Förderschnecke von unten in die Feuermulde (Retorte) eingeschoben. Ein Teil der Verbrennungsluft wird als Primärluft in die Retorte eingeblasen. Dort erfolgen die Trocknung, pyrolytische Zersetzung (Zersetzung unter Wärmeeinwirkung und Sauerstoffmangel) und Vergasung des Brennstoffs sowie der Abbrand der Holzkohle. Die Sekundärluft wird vor dem Eintritt in die heiße Nachbrennzone mit den brennbaren Gasen vermischt. Anschließend geben die heißen Gase im Wärmeübertrager ihre Wärme ab und gelangen durch das Kaminsystem in die Atmosphäre. In Unterschubfeuerungen können Holzhackschnitzel mit einem Wassergehalt bis maximal 50 % (empfehlenswert: bis 35 %) verbrannt werden. Feuerraum und Nachbrennzone müssen dabei an die Brennstoffqualität – insbesondere an den Wassergehalt im Brennstoff – angepasst sein. Beispielsweise kann die Verbrennung von sehr trockenem Holz in einer Anlage, die für waldfrische Holzhackschnitzel (ca. 50 % Wassergehalt) optimiert ist, zu überhöhten Feuerraumtemperaturen führen. Dies könnte Materialprobleme und Schlackebildung zur Folge haben. Unterschubfeuerungen benötigen aufgrund der Schneckenbeschickung möglichst gleichförmige, feingliedrige und homogene Holzhackschnitzel.

Bei Quereinschubfeuerungen wird der Brennstoff von der Seite in den Feuerraum eingebracht. Der Feuerraum kann mit oder ohne Rost ausgestattet sein. Für Rostfeuerungen gibt es sowohl starre (z. B. Kipp-, Plan- oder Treppenroste) als auch bewegte Rostsysteme (z. B. Vorschub-, Walzen- oder Drehroste). Bei Quereinschubfeuerungen wird ein Teil der Verbrennungsluft als Primärluft durch den Rost, durch Luftdüsen im Seitenbereich der Brennmulde oder – bei Vorschubrostfeuerungen – über stirnseitige Luftkanäle in die Rostelemente eingeblasen. Dabei erfüllt die Primärluft auch die Funktion der Rostkühlung. Dies mindert ebenfalls – ähnlich wie eine wassergekühlte Brennmulde – das Risiko von Schlackeanbackungen und Materialüberhitzung beim Einsatz kritischer Brennstoffe. Die Sekundärluft wird oberhalb des Rostes bzw. des Glutbetts oder vor Eintritt in die Nachbrennkammer zugeführt.

Die Gegenstromvergasung stellt ein neues Verbrennungsverfahren für Holzhackschnitzel dar. Es erfolgt eine starke räumliche Trennung der Brennstoffvergasung und der anschließenden Gasphasenverbrennung. Diese Trennung sorgt schon bei der Verbrennung für sehr niedrige Staubemissionen und macht eine nachfolgende Staubabscheidereinrichtung überflüssig. Die Holzhackschnitzel werden hierbei zunächst in den Brennzylinder befördert und bilden dort ein stabiles Festbett aus Hackschnitzeln. Im unteren Bereich des Zylinders, befindet sich ein Glutbett (heiße Aschezone), das die Zündung der nachrutschenden Brennstoffe übernimmt. Der Brennstoff, der mit dieser Schicht Kontakt hat, verkohlt. Er entflammt nicht, da an dieser Stelle ein sehr niedriges Luftangebot und somit ein lokaler Sauerstoffmangel herrscht. Dieser wirkt zudem der Entstehung von Aerosolen (d. h. Feinstaub) aus den leicht-flüchtigen Alkali-Elementen des Brennstoffs entgegen. Durch die Verkohlung wird Holzgas freigesetzt, das nach oben steigt und mit entsprechender Luftzufuhr der Gasausbrand erfolgt. Zugleich werden mitgerissene Partikel auf ihrem Weg durch das Festbett aus Hackschnitzeln zurückgehalten. Der Gasausbrand des so gereinigten Holzgases erfolgt anschließend im Gasbrenner oberhalb des Festbetts. Die nachfolgende Abbildung zeigt den Aufbau eines Gegenstromvergasers.