DE102006014853A1

DE102006014853A1 - Dampferzeugungsverfahren und Dampferzeuger

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Publication number: DE102006014853A1
Application number: DE200610014853
Authority: DE
Original assignee: Orbiter Gears Marketing and Finance AG
Current assignee: Orbiter Gears Marketing and Finance AG
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2007-10-04

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Wasserdampf in einem Dampfraum 5, welcher Metall- und/oder Keramikschaum aufweist und durch Verbrennen eines Verbrennungsgutes in einem Brennraum 6 unter Zuführung von Verbrennungsluft erhitzt wird. Dabei wird in den erwärmten Metall- und/oder Keramikschaum aerosoles Wasser eingebracht, welches darin verdampft.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserdampf.
Bei der herkömmlichen Erzeugung von Wasserdampf finden im Wesentlichen zwei Verfahren Anwendung.
In einem ersten Verfahren wird Wasser durch erhitzte Rohre in einem Dampfkessel (Flammrohr-Rauchrohrkessel) verdampft, der mit Wasser gefüllt und von Rohren durchzogen ist, in denen sich Rauchgase (Verbrennungsgase) befinden. Dabei ist eines der Rohre ein Flammrohr, in dem ein fossiler Brennstoff verbrannt wird. Der große Wasserinhalt dieser Dampfkessel ermöglicht eine hohe Speicherwirkung, erhöht jedoch die Verluste in Abkühl- und Anfahrphasen.
In einem zweiten Verfahren wird Wasser, das sich in Siederohren befindet, die einen Dampfkessel (Wasserrohrkesseln) durchziehen, erhitzt und verdampft. Umgekehrt zu dem oben genannten Verfahren sind die Siederohre bei diesem Verfahren zur Dampferzeugung von Rauchgasen umgeben. Der Wasserinhalt der Siederohre ist kleiner als der der Flammrohr- Rauchrohrkessel, trotzdem sind hohe Abkühlungsverluste und Anfahrzeiten weiterhin vorhanden, da die Siederohre vollständig mit Wasser durchströmt sind und so gut durch das Wasser gekühlt werden.
Beiden Dampferzeugungsverfahren ist gemeinsam, dass der Wärmeübertrag an das Wasser an begrenzten Oberflächen (Rohrinnenfläche bzw. Rohraußenfläche) erfolgt, wobei sich große Massen mit hohen Temperaturunterschieden gegenüberstehen. Dies bedeutet, dass die Temperatur an den Wärmeübertragungsflächen der Medien bezüglich der Verbrennungstemperatur bzw. der Rauchgastemperatur stark verringert wird, da das Wasser, auf Grund seiner hohen Wärmekapazität, die jeweiligen Rohre stark abkühlt. Aufgrund dieser starken Abkühlung nimmt die Temperatur in den Rauchgasen in Bereichen benachbart zu den Rohren ebenfalls ab. Man spricht hier von unterkühlten Bränden.
Um diesen unterkühlten Bränden entgegenzuwirken, werden beispielsweise überdimensionierte Feuer- bzw. Brennräume zum Erhalt von Kernbrennzonen mit den erforderlichen hohen Temperaturen geschaffen. Dies hat den Nachteil, dass große Energiemengen über die Abgase verloren gehen.
Eine andere Möglichkeit, unterkühlten Bränden entgegenzuwirken, ist, den Brennraum bzw. Feuerraum zu schamottieren. Dabei wird aber der Wärmeübertrag an das Wasser reduziert, da die Schamottierung isolierend in beide Richtungen wirkt. Um der Reduzierung des Wärmeübertrags entgegenzuwirken, werden die Wege des Wärmeübertrags verlängert, um somit die Oberfläche für den Wärmeübertrag zu vergrößern. Dies führt u.a. zu einer großen Bauweise.
Ein weiterer Nachteil der Schamottierung eines Brennraumes ist die langsame Temperaturänderung der Schamottierung. So dauert es in Anlaufphasen sehr lange, bis die Schamottierung eine für die Verdampfung geeignete Temperatur erreicht hat, und es dauert ebenso lange, bis die Schamottierung in Abkühlphasen wieder abgekühlt ist. Dadurch kann die Energie, die an die Schamottierung übertragen wurde, nicht für die Wasserdampferzeugung ausgenutzt werden.
Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen Dampferzeugungsverfahren ist die unflexible Steuerung der Wasserdampfmenge, da die erzeugbare Wasserdampfmenge direkt von der Brennraumtemperatur abhängt, d.h. die erzeugbare Wasserdampfmenge kann nur über die Änderung der Rauchgastemperatur erfolgen. Da aber eine Änderung der Rauchgastemperatur nur sehr langsam eine Energieänderung in dem Wasser hervorruft, kann mit dem herkömmlichen Dampferzeugungsverfahren nicht flexibel auf Schwankungen bei der Dampfentnahme reagiert werden.
Zweckmäßigerweise wird der in herkömmlichen Verfahren erzeugte Wasserdampf zwischengespeichert und über eine Steuerung an einen Verbraucher weitergeleitet. Das bedeutet einen hohen Aufwand und weitere Verluste in dem Zwischenspeicher und in der Steuerung.
Als eine weitere Verbesserung der herkömmlichen Verfahren wird z.B. eine Zerklüftung des Wasserkessels vorgeschlagen, wobei jedoch Rußablagerungen, Durchrostung, Dampfschläge, hohe Emissionen und ähnliches entstehen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dampferzeugung bereitzustellen, bei denen der Wirkungsgrad verbessert wird und die erzeugbare Dampfmenge einfach und schnell steuerbar einem Verbraucher zuführbar ist.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren nach Anspruch 1 und einem Dampferzeuger nach Anspruch 12 gelöst.
Die abhängigen Unteransprüche 2 bis 11 und 13 bis 20 sind auf jeweils bevorzugte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung gerichtet.
Dabei findet das erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen von Wasserdampf in einem Dampfraum statt, welcher Metall- und/oder Keramikschaum aufweist und vorzugsweise durch Verbrennen eines Verbrennungsgutes in einem Brennraum unter Zuführung von Verbrennungsluft derart erhitzt wird, dass in den Metall- und/oder Keramikschaum eingebrachtes aerosoles Wasser darin unverzüglich zu Wasserdampf verdampft.
Während bei den herkömmlichen Verfahren eine Oberflächenvergrößerung für einen verbesserten Wärmeübertarg durch Vergrößern der Bauteile, wie z.B. durch Verlängerung der Wegstrecke zur Wärmeübertragung erreicht wird, wird die Oberflächenvergrößerung in der vorliegenden Erfindung durch Einsatz eines Metall- und/oder Keramikschaums, der vorzugsweise offenporig ist, erreicht. Dadurch steht eine um ein Vielfaches größere Oberfläche bezüglich der Außenabmessungen des Dampfererzeugers/Dampfkessels der herkömmlichen Dampferzeugungsverfahren für die Dampferzeugung zur Verfügung.
Dabei kann der Metall- und/oder Keramikschaum an allen Wärmeübertragungsstellen bzw. -flächen eingesetzt werden, an denen zwei Fluide unterschiedlicher Temperatur einen Wärmeübertrag vollziehen.
Weiter wird durch die Einbringung des Wassers in aerosoler Form erreicht, dass auch das Wasser großflächig verteilt wird. Somit wird erreicht, dass beide am Wärmeübertrag beteiligte Medien, der wärmeabgebende Metall- und/oder Keramikschaum und das wärmeaufnehmende Wasser, eine vergrößerte Oberfläche aufweisen, wobei der Wärmeübertrag auf mikroskopisch kleinen Flächen abläuft, anstatt auf makroskopisch ausgedehnten Rohrwandungsflächen.
Ferner wird durch die große Oberflächenvergrößerung erreicht, dass die Menge des aerosolen Wassers pro Flächeneinheit innerhalb der Poren oder in der Nähe der Oberflächen der Poren derart gering ist, dass die von dem Metall- und/oder Keramikschaum an das Wasser, bis zur Verdampfung des Wassers, übertragbare Wärmemenge so gering ist, dass die in dem Metall- und/oder Keramikschaum gespeicherte innere Energie nur unwesentlich abnimmt.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die bei der Wasserdampferzeugung der vorliegenden Erfindung beteiligten Medien zur Wärmeübertragung im Gegensatz zu den herkömmlichen Verfahren zur Dampferzeugung in einem besseren Masse/Oberfläche – Verhältnis vorliegen. Einer durch Einsatz von Metall- und/oder Keramikschaum mittels Poren vielfach vergrößerten Oberfläche stehen mikroskopisch kleine Wassertröpfchen für die Verdampfung gegenüber.
Dadurch, dass das erfindungsgemäße Verfahren ohne Schamottierung des Brennraumes arbeitet, können Anlauf- und Abkühlphasen und somit deren nicht zur Dampferzeugung nutzbare Energie deutlich verringert werden. Auch die Temperaturregelung des Dampfraumes ist dadurch wesentlich einfacher und ist im Falle einer notwendigen Temperaturanpassung wesentlich schneller als die bei schamottierten Brennräumen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann jederzeit in herkömmlichen Dampf getriebenen Prozessen wie z.B. in Dampfturbinen eingesetzt werden werden. Hierbei ersetzt das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung von Wasserdampf nur das herkömmliche Verfahren zum Erzeugen von Wasserdampf. Weitere Anpassungen sind in der Regel nicht notwendig.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Wasserdampferzeugung ist jedoch nicht nur in dampfgetriebenen Arbeitsmaschinen einsetzbar, sondern kann vorzugsweise auch in Dampfstrahlern, Dampfbügeleisen, Dampfreinigungsverfahren etc. eingesetzt werden. Es wird also ein allgemein einsetzbares Dampferzeugungsverfahren bereitgestellt.
Vorzugsweise wird der durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugte Dampf direkt einer dampfgetriebenen Arbeitsmaschine zugeführt, ohne dass der Dampf vorher zwischengespeichert wird. Somit können die in einem solchen Zwischenspeicher mit nachgeschaltetem Steuersystem entstehenden Verluste vermieden werden.
Vorzugsweise wird die Erwärmung des Metall- und/oder Keramikschaums durch eine Verbrennung eines Verbrennungsgutes in einem Brennraum unter Zuführung von Verbrennungsluft erzeugt. Die dabei entstehende Abluft, welche eine hohe Energiemenge mit sich führt, wird dabei so abgeführt, dass sie vorzugsweise die Verbrennungsluft, das Verbrennungsgut und/oder das Wasser, d.h. die Edukte des Dampferzeugungsverfahrens, erwärmt. Dies hat den Vorteil, dass die Edukte des erfindungsgemäßen Verfahrens schon vorgewärmt an ihre jeweilige Verarbeitungsposition gelangen und weniger Energie aufgewendet werden muss, um das erfindungsgemäße Verfahren mit den optimalen Betriebsbedingungen zu betreiben.
Vorzugsweise erwärmt die Abluft nicht nur eines der Edukte, sondern nacheinander alle Edukte. Noch warmes Abgas nach der Erwärmung der Edukte kann weiterhin zum Wärmetausch vorzugsweise in einem Restwärmespeicher benutzt werden.
Weiterhin kann die schon durch die Abluft erwärmte Verbrennungsluft dazu benutzt werden, das Verbrennungsgut und/oder das Wasser zu erwärmen.
Die Verbrennungsluft kann aber auch dadurch erwärmt werden, dass sie an dem Dampfraum vorbei zu dem Brennraum hin geführt wird, wobei sie sich bei dem Vorbeiströmen an dem Dampfraum erwärmt. Vorzugsweise strömt die Verbrennungsluft dabei ebenfalls durch Metall- und/oder Keramikschaum, da dieser auch hier die Oberfläche für den Wärmeübertrag an die Verbrennungsluft vorteilhaft vergrößert.
Vorzugsweise wird zumindest ein Teil der so erwärmten Verbrennungsluft durch das Verbrennungsgut geleitet, sodass sie das Verbrennungsgut erwärmt. Hierbei ist es nicht notwendig, dass der Gesamtstrom an zuzuführender Verbrennungsluft durch das Verbrennungsgut geleitet wird, sondern es kann auch ein Teil direkt dem Brennraum zugeführt werden.
Welche Energiemenge, d.h. die Menge heißer Abluft oder erwärmter Verbrennungsluft, welche durch das Verbrennungsgut geleitet werden muss, ist von der Beschaffenheit des Verbrennungsgutes abhängig und kann flexibel von dem erfindungsgemäßen Verfahren gesteuert werden. Als Verbrennungsgut können alle hinlänglich bekannten Brennstoffe, insbesondere fossile Brennstoffe, aber auch Biomasse zur Anwendung kommen. Je nach eingesetztem Brennstoff als Verbrennungsgut wird für eine optimale Verbrennung eine unterschiedlich hohe Vorwärmung notwendig sein.
Wird z.B. Biomasse als Verbrennungsgut eingesetzt, so ist es höchst wahrscheinlich, dass ein großer Teil der bei der Verbrennung entstehenden heißen Abluft bzw. der erwärmten Verbrennungsluft durch die Biomasse hindurch geleitet wird, um der Biomasse eine eventuelle Restfeuchtigkeit zu entziehen.
Nicht nur die Eingangstemperatur bzw. Eingangsfeuchtigkeit des Verbrennungsgutes ist ein wichtiger Faktor der optimalen Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens, sondern auch die Vorwärmung des in den Dampfraum aerosol eingebrachten Wassers. Dabei gilt, je energiereicher das aerosole Wasser zum Zeitpunkt der Einbringung in den Dampfraum desto weniger Energie muss aufgebracht werden, um dies zu verdampfen.
Hierzu wird das Wasser vorzugsweise durch den heißen Abluftstrom vorgewärmt, so dass die Verdampfung im Dampfraum noch schneller abläuft und der Dampf den Dampfraum energiereicher verlässt.
Wie schon oben erwähnt, kann der durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugte Wasserdampf direkt oder durch Zwischenspeicherung einer dampfbetriebenen Arbeitsmaschine zugeführt werden. In der dampfbetriebenen Arbeitsmaschine wird sich der Wasserdampf teilweise entspannen und abkühlen und aus der dampfbetriebenen Arbeitsmaschine als noch warmer Wasserdampf austreten. Dieser aus der dampfbetriebenen Arbeitsmaschine austretende warme Wasserdampf weist jedoch immer noch ein hohes Energieniveau auf, das vorzugsweise als Kondensationswärme in einem Kondensator abgeführt werden kann. Als kühlendes Mittel des Kondensators kann z.B. die der Dampferzeugung zuströmende Verbrennungsluft oder das zur Dampferzeugung notwendige Wasser dienen. Es ist auch denkbar, das Verbrennungsgut als Kühlmittel für derartige Zwecke einzusetzen.
Durch die Abgabe der Kondensationswärme des Wasserdampfs erwärmt sich die an dem Kondensator vorbeiströmende Verbrennungsluft, das vorbeifließende Wasser oder das vorbeigeführte Verbrennungsgut vorzugsweise von einer Umgebungstemperatur auf eine erste erwärmte Stufe des Eduktes. Nachfolgend kann eine weitere Erwärmung, wie oben beschrieben, erfolgen. Hierbei wird erreicht, dass ein möglichst großer Teil der anfangs eingesetzten Energie, die nach der Umwandlung in mechanische Arbeit noch in Form von Wärmeenergie vorliegt, dem Dampferzeugungsverfahren wieder zugeführt wird.
Das bei der Kondensation entstehende Wasser, welches im Normalfall eine höhere Temperatur aufweist als z.B. dem Dampferzeugungsprozess zugeführtes Leitungswasser, kann wiederum zu einer Erwärmung der Edukte des Dampferzeugungsprozesses verwendet werden.
Besonders bevorzugt besteht die Möglichkeit, das bei der Kondensation entstehende Wasser direkt wieder dem Dampferzeugungsprozess zuzuführen. Hierbei kann mit der Zuführung des noch warmen Kondensationswassers an den Dampferzeuger ein geschlossener Wasserkreislauf gebildet werden.
Vorzugsweise kann das Kondensationswasser aber auch einem Nutzwassersystem, wie z.B. einer Heizungsanlage oder einem Trinkwasseraufbereiter zugeführt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird der zur Erzeugung der mechanischen Arbeit notwendige Wasserdampf für die dampfbetriebene Arbeitsmaschine in einem erfindungsgemäßen Dampferzeuger hergestellt. Dieser weist einen Dampfraum auf, der zumindest teilweise aus Metall- und/oder Keramikschaum ausgebildet oder befüllt ist. Dieser Dampfraum ist von einem Brennraum aufheizbar. Auf den Dampfraum ist zumindest eine Düse gerichtet, durch welche Wasser in aerosoler Form in den Metal- und/oder Keramikschaum einbringbar ist. Zweckmäßigerweise sind die Düsen so angeordnet, dass der nach der Verdampfung durch den Metall- und/oder Keramikschaum strömende Wasserdampf sich weiter in diesem erhitzt und an einem Dampfaustritt energiereicher zur Verfügung steht.
Bevorzugt ist der Dampfraum derart ausgebildet, dass ein Brennraum von dem Dampfraum umgeben ist, welcher Brennraum von einem angrenzenden Brenner aufheizbar ist. Der Brenner kann hierbei jede Art von Wärme erzeugende Energiequelle sein. Vorzugsweise werden Energiequellen eingesetzt, die eine Aufheizung des Dampfraumes, d.h. des Metall- und/oder Keramikschaums bis in die dunkelrote Phase gewährleisten, wobei der Metall- und/oder Keramikschaum bevorzugt auch an einer Innenfläche des Brennraumes angeordnet ist.
Dabei muss der um den Brennraum angeordnete Dampfraum nicht zwangsweise aus nur einem Raum bestehen, sondern kann auch in mehrere Räume unterteilt sein. Diese Räume können in verschiedenen Anordnungen, wie z.B. in einer Umlaufrichtung nebeneinander oder koaxial parallel angeordnet sein. Denkbar sind auch Anordnungen, bei denen zur selben Zeit Wasserdämpfe unterschiedlicher Energieniveaus erzeugt werden.
Auch ist die wärmeerzeugende Energiequelle nicht auf einen Brenner, d.h. auf ein Verbrennungsverfahren begrenzt, sondern kann auch durch andere wärmeerzeugende Verfahren erfolgen. Vorstellbar ist hierbei eine Anwendung einer elektrischen Heizung oder eines stark exothermen chemischen Prozesses.
Bei Einsatz eines Verbrennungsverfahren als Energiequelle entsteht heiße Abluft, die vorzugsweise durch einen Abluftschacht, der den Brennraum nach außen hin durchdringt, ableitbar ist. In diesem Abluftschacht, welcher ebenfalls mit Metall- und/oder Keramikschaum ausgekleidet oder ummantelt sein kann, wird bevorzugt eine Zuleitung des zu verdampfenden Wassers angeordnet, so dass die heiße Abluft das Wasser vor dem Austritt aus den Düsen erwärmt. Nach Erwärmung des zugeführten Wassers wird die Abluft meist noch wärmer sein als die Umgebungsluft, und somit ist ihre Restenergie zur Erwärmung der Verbrennungsluft einem Wärmetauscher zuführbar. Zur weiteren Abkühlung und Energierückführung an den Dampferzeugungsprozess ist die Abluft aber auch direkt nach dem Erwärmen des Wassers durch einen Speicher, in dem sich Verbrennungsgut befindet, hindurchleitbar.
Für die Erwärmung der Verbrennungsluft ist der Dampferzeuger vorzugsweise so ausgeführt, dass der Dampfraum von einem Gehäuse umgeben ist, welches in einem Abstand von dem Dampfraum angeordnet ist, so dass die eintretende, gegebenenfalls durch ein Gebläse eingeblasene, Verbrennungsluft vor ihrem Eintritt in den Brennraum um den Dampfraum herumführbar ist. Dabei ist es nicht notwendig, dass die gesamte eintretende Verbrennungsluft direkt dem Brenner zuführbar ist, sondern diese kann auch teilweise oder komplett zur Erwärmung des Verbrennungsgutes in den Speicher des Verbrennungsgutes einleitbar sein. Beide zusammen, Verbrennungsluft und Verbrennungsgut, sind dann dem Brennraum für die Verbrennung zuführbar.
Die Zuführung des vorgewärmten Verbrennungsgutes zusammen mit der vorgewärmten Verbrennungsluft geschieht vorzugsweise derart, dass ein Rückbrand, d.h. ein Durchschlagen der Verbrennung, in den mit Verbrennungsgut gefüllten Speicher sicher vermieden wird.
Bei Verwendung einer elektrischen Heizung als Energiequelle zur Erwärmung des Metall- und/oder Keramikschaums kann der Dampferzeuger einfacher aufgebaut sein, da keine Verbrennungsluft, kein Verbrennungsgut zuzuführen ist und daher auch keine Abluft entsteht. In dieser Ausführungsform wird bevorzugt das nach einer Entspannung in einem Kondensationsvorgang gewonnene Wasser wieder der Dampferzeugung zugeführt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Dampferzeugers werden nun anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert erläutert.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Dampferzeugers.
2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Dampferzeuger.
In 1 ist ein erfindungsgemäßer Dampferzeuger dargestellt, der einen Brenner 1 unterhalb eines Brennerraumes 6 angeordnet aufweist. Dem Brenner 1 sind über die Verbrennungsluftzufuhr 9 und die Verbrennungsgutzufuhr 8 die Edukte des Verbrennungsprozesses zugeführbar. Dabei tritt die Verbrennungsluft an dem Verbrennungslufteinlass 10 in ein Gehäuse 12 des Dampferzeugers ein. Wie aus der 1 ersichtlich, ist die dem Brenner 1 zuführbare Verbrennungsluft um einen Dampfraum 5 herumleitbar. Daraus ist ersichtlich, dass sich die Verbrennungsluft zunächst an der Dampfraumaußenseite erhitzt und im weiteren Verlauf an einer Wasserzuführleitung vorbeiströmt, wobei die Verbrennungsluft das in der Wasserzuführleitung befindliche Wasser erwärmt. Im weiteren Verlauf erhitzt sich die Verbrennungsluft weiter an der Außenseite des Dampfraumes 5. Vor ihrem Eintritt in den Brenner 1 umströmt die heiße Verbrennungsluft die Verbrennungsgutzufuhr 8 und erwärmt das darin befindliche Verbrennungsgut.
2 zeigt eine Schnittdarstellung durch den erfindungsgemäßen Dampferzeuger, wobei der Brennraum 6, der Dampfraum 5 und ein Verbrennungsluftvorwärmraum 15 in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel koaxial angeordnet sind. Weiterhin zeigt 2, dass der Brennraum 6 des bevorzugten Ausführungsbeispiels an der Innenseite des mit Metall- und/oder Keramikschaum gefüllten Dampfraumes 5 mit Metall- und/oder Keramikschaum versehen ist. Für eine effektive Vorwärmung der Verbrennungsluft, die um den Dampfraum 5 herumführbar ist, ist der Verbrennungsluftvorwärmraum 15 ebenfalls zumindest teilweise mit Metall- und/oder Keramikschaum ausgebildet.
Durch das Verbrennen des Verbrennungsgutes und der Verbrennungsluft in dem Brennraum 6 erhitzt sich der Dampfraum 5 vorzugsweise bis in den tiefroten Bereich. Wasser, das über eine Wasserzuleitung 4 zunächst in einem Wärmetauscher zuführbar ist, der innerhalb einer Abluftabfuhr 11 angeordnet ist, erwärmt sich in dem Wärmetauscher. Das erwärmte Wasser wird über die Wasserzuführleitung an die Düsen 2 geleitet. Die Düsen 2 bringen das Wasser in einer aerosolen Form in den Dampfraum 5 ein, wobei das Wasser schon vor den Düsen 2 in aerosolem Zustand vorliegen kann und durch die Düsen 2 weiter aufspaltbar ist. Dadurch, dass das Wasser bereits vorgewärmt und fein verteilt ist, wird es in dem Dampfraum schlagartig verdampft, ohne dass es zu einer wesentlichen Abkühlung des Dampfraumes im Bereich der Düsen 2 (aerosole Wassereinbringung) kommt. Der sich im Dampfraum befindliche Wasserdampf erhöht rasch sein Volumen und wird daher zwangsgeführt zum Dampfaustritt 7 geleitet. Auf dem Weg zum Dampfaustritt 7 wird der Wasserdampf jedoch von dem heißen Dampfraum weiter erhitzt, so dass die Strömungsgeschwindigkeit und die Temperatur des Wasserdampfes mit der Entfernung zu den Düsen 2 innerhalb des Dampfraumes 5 zunimmt.
Die schnelle Strömung bzw. der überhitzte Wasserdampf bewirkt einen selbstreinigenden Effekt für den Metall- und/oder Keramikschaum.

1: Brenner
2: Düsen
3: Wassererwärmer
4: Wasserzuleitung
5: Dampfraum
6: Brennraum
7: Dampfaustritt
8: Verbrennungsgutzufuhr
9: Verbrennungsluftzufuhr
10: Verbrennungslufteinlass
11: Abluftabfuhr
12: Gehäuse
13: Wasserzuführleitung
14: Metall- und/oder Keramikschaum
15: Verbrennungsluftvorwärmraum

Claims

Verfahren zum Erzeugen von Wasserdampf in einem Dampfraum (5), welcher Metall- und/oder Keramikschaum (14) aufweist und durch Verbrennen eines Verbrennungsgutes in einem Brennraum (6) unter Zuführung von Verbrennungsluft derart erhitzt wird, dass in den Metall- und/oder Keramikschaum eingebrachtes aerosoles Wasser darin zu Wasserdampf verdampft.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Abluft aus der Verbrennung so abgeführt wird, dass sie die Verbrennungsluft, das Verbrennungsgut und/oder das Wasser erwärmt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verbrennungsluft derart an dem Dampfraum (5) vorbei in Richtung Brennraum (6) geführt wird, dass sie sich an einer Außenseite des Dampfraumes (5) erwärmt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei zumindest ein Teil der erwärmten Verbrennungsluft derart weitergeführt wird, dass sie das Verbrennungsgut erwärmt und zusammen mit diesem dem Brennraum (6) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei Biomasse als Verbrennungsgut verbrannt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Wasserdampf nach dem Verdampfen einem Dampfentnahmeraum zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Wasserdampf einer Arbeitsmaschine zur Erzeugung mechanischer Energie zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Wasserdampf nach Austritt aus der Arbeitsmaschine in einem Kondensator kondensiert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Wärme, die bei der Kondensation des Wasserdampfs frei wird, die Verbrennungsluft, das Verbrennungsgut und/oder das Wasser erwärmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Wasserdampf einem Kondensator zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das kondensierte Wasser einem Nutzwassersystem und/oder einer Trinkwasseraufbereitung zugeführt wird.
Dampferzeuger mit einem von einem Brenner (1) erhitzten Dampfraum (5), der aus Metall- und/oder Keramikschaum (14) ausgebildet ist und auf welchen zumindest eine Düse (2) für die Einbringung von aerosolem Wasser in den Metall- und/oder Keramikschaum gerichtet ist.
Dampferzeuger nach Anspruch 12, wobei innerhalb des Dampfraumes (5) ein Brennraum (6) angeordnet ist und der Brenner (1) an den Brennraum (6) angrenzt.
Dampferzeuger nach Anspruch 13, wobei ein von dem Dampfraum (5) ausgehender Abluftschacht den Brennraum (6) nach außen hin durchdringt und heiße Abluft aus dem Brennraum (6) ableitet und eine Zuleitung des Wassers in dem Abluftschacht derart angeordnet ist, dass das Wasser von der heißen Abluft erwärmbar ist.
Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der Dampfraum (5) von einem Gehäuse umgeben ist, welches in einem Abstand von dem Dampfraum (5) derart angeordnet ist, dass eine zwischen dem Gehäuse und dem Dampfraum (5) eintretende Verbrennungsluft für ihre Erwärmung um den Dampfraum (5) herumführbar ist.
Dampferzeuger nach Anspruch 15, wobei das Gehäuse benachbart einen Speicherbehälter für ein Verbrennungsgut aufweist, durch welchen ein Teil der erwärmten Verbrennungsluft leitbar ist.
Dampferzeuger nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Abluftschacht (11) derart angeordnet ist, dass die durch den Abluftschacht (11) abgeleitete heiße Abluft direkt oder indirekt ein Verbrennungsgut erwärmt.
Dampferzeuger nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Dampfraum (5) in mehrere Dampfräume (5) aufgeteilt ist.
Dampferzeuger nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Brennraum (6) an den Innenflächen des Dampfraumes (5) mit Metall- und/oder Keramikschaum versehen ist.
Dampferzeuger nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein Verbrennungsluftvorwärmraum (15), der außerhalb des Dampfraumes (5) angeordnet ist und von diesem erwärmt wird, zumindest teilweise mit Metall- und/oder Keramikschaum ausgebildet ist.