Festbrennstoffkessel
Festbrenntoffkessel
Der von Strebel konstruierte Spezialkesseltyp wird in der Regel mit Kohle, Koks oder Holz betrieben. Koks und Kohle sind gasarme, mit einer kurzen Flamme abbrennende Festbrennstoffe. Dies hat dazu geführt, dass Kesselkonstruktionen mit einem wassergekühlten Feuerraum und guten so genannten Dauerbrandeigenschaften entwickelt wurden. Koks brennt senkrecht ab. In kleineren Kesseln geschieht dies im so genannten Durchbrand (d.h. die Flammen fressen sich von der Glutschicht auf dem Brennrost durch die aufgeschüttete Brennstoffmenge nach oben durch), in größeren im so genannten Unterbrand (d.h. nur die untere Brennstoffschicht gerät in Brand und der Brennstoff rutscht aus dem Füllraum nach). Dabei tritt die größte Heizflächenbelastung im Brennraum selber auf, so dass an dieser Stelle der größte Teil der erzeugten Wärme an den Wärmeträger (Wasser) abgegeben werden kann.
Bei gasreichen Festbrennstoffen (z.B. Holz), die mit großer Flamme abbrennen, darf dem hingegen der Brennraum nur begrenzt abgekühlt werden, da es sonst zu sehr hohen Luftschadstoffemissionen kommt. Außerdem darf während der Flammenphase des Abbrandprozesses die Verbrennungsluft nicht wesentlich gedrosselt werden, weil sonst in größeren Mengen Schwelgase freigesetzt werden. Für die Nachverbrennung der Abbrandgase muss zusätzlich Zweitluft zugeführt werden. Der Schwerpunkt der Wärmeabgabe liegt bei diesen Kesseltypen (gasreiche Festbrennstoffe) daher im Bereich der Nachgeschalteten Heizflächen, die hinter dem Feuerraum liegen.
Festbrennstoffkessel Schematische Darstellung
Bei Festbrennstoffkesseln werden zwei Bauarten für die Rostfeuerung unterschieden. Bei den so genannten Durchbrand- oder Oberabbrandkesseln gerät die gesamte Brennstoffmenge im Feuerraum in Glut und die Rauchgase durchströmen die ganze Brennstoffschicht. Dabei werden die Rauchgase zwar besser ausgekühlt, es wird aber ein stärkerer Schornsteinzug benötigt. Bei Kesseln mit einem unteren Abbrand kann der gesamte Füllschacht mit Brennstoff gefüllt werden, aber nur die auf den unteren Rost liegende Schicht kommt zum Glühen und brennt nach und nach ab. Dadurch ist eine Leistungsanpassung an den jeweiligen Wärmebedarf besser gegeben.
Bei den modernen Festbrennstoffkesseln wird der Brennstoff in der Regel voll- oder teilmaschinell in den zentralen Brenner gebracht. Einige moderne Kessel verfügen über eine Möglichkeit für eine durch den Abbrandprozess direkt geregelte Luftzufuhr und können (bei einem entsprechenden Außenluftkanal) sogar in Niedrigenergiehäusern mit einer luftdichten Gebäudehülle eingesetzt werden. Heizwassertemperaturen von bis ca. 70 °C können dabei ohne weiteres erreicht werden.
In die Heizanlage kann die Warmwasserzubereitung integriert werden. Während der Heizperiode wird das Warmwasser problemlos bereitgestellt, im Sommer dagegen arbeitet die Heizungsanlage für das Brauchwasser allein zu unwirtschaftlich. Daher wird ein zweites Heizsystem benötigt. Ein weiterer Nachteil der Festbrennstoffkessel liegt darin, dass bei der Verheizung von Kohle und Holz Schadstoffe in größerer Menge freigesetzt werden. Die Grenzwerte der Verordnung über kleine und mittlere Feuerungsanlagen (1. BlmSchV) schränken daher die Nutzung von Festbrennstoffkesseln auf bestimmte Brennstoffe ein (z.B. lackiertes Holz sowie Sperrholz ohne Holzschutzmittel und ohne Beschichtungen aus halogenorganischen Verbindungen). Ebenfalls als nachteilig anzusehen ist der notwendige Lagerplatz, der für das Brennmaterial (Kohle, Koks, Holz) bereitgestellt werden muss.
Wenn in einem Wechsel- oder Umstellbrandkessel (der ursprünglich als Festbrennstoffkessel konzipiert wurde) Heizöl oder Gas über einen Gebläsebrenner verfeuert wird, erfolgt die Verbrennung in der Brennerachse (meist waagerecht). Der Feuerraum muss in Länge und Durchmesser auf die bei der jeweiligen Kesselleistung notwendige Flamme abgestimmt sein, um eine schadstoffarme Verbrennung mit einer hohen Energieausbeute zu gewährleisten. Das optimale Volumen der Flamme ist bei flüssigen und gasförmigen Brennstoffen festgelegt, ihre Abmessungen lassen sich durch Mischeinrichtungen etc. nur begrenzt beeinflussen. Daher ist bei Kesseln, die auf verschiedene Brennstoffe ausgelegt sind, der Feuerraum (Feuerungsraumgeometrie) in Hinblick auf möglichst große Verminderung von Luftschadstoffen und eine hohe Energieausbeute in der Regel nicht optimierbar. Bei der Umrüstung von Festbrennstoffen auf andere Energieträger sind dementsprechend aufwendige und teuere Umbaumaßnahmen im Feuerraum vorzunehmen.
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