AT397553B - Heizkessel für feste brennstoffe - Google Patents

Description

AT 397 553 B

Die Erfindung bezieht sich auf einen Heizkessel für feste Brennstoffe, mit einem unten durch einen Rost abgeschlossenen Füllraum für den Brennstoff und einem den Füllraum umgebenden Mantel für ein Wärmeträgermedium, wobei zwischen dem Mantel und dem Rost eine Nachbrennkammer für Schwelgase angeordnet ist, die über zumindest eine Eintrittsöffnung für die Schwelgase mit dem Füllraum und über 5 zumindest eine Abzugsöffnung mit einem Rauchgaskanal in Verbindung steht und zumindest eine Lufteintrittsöffnung für Sekundärluftzufuhr hat.

Bekanntlich ist bei festen Brennstoffen, die einen hohen Anteil an flüchtigen Bestandteilen haben, z.B. Holz, Braunkohle usw., eine Nachverbrennung der Schwelgase erforderlich, um einen guten Wirkungsgrad der Verbrennung zu erzielen und den Schadstoffgehalt der durch den Rauchgaskanal abgeführten Rauchga-io se gering zu halten. Die Schwelgase brennen mit langer Flamme aus und erfordern für ihren völligen Ausbrand eine hohe Temperatur.

Aus der DE-PS 3 597 bzw. der DE-PS 21 881 sind übliche Zimmerheizöfen bekannt, bei denen eine Sekundärluftzufuhr erfolgt und entsprechende zum Heizraum führende Öffnungen für die Sekundärluft vorgesehen sind. is Die aus diesen Literaturstellen bekannten Zimmeröfen zeigen keine Eintrittsöffnungen für die Schwelgase, da die Schwelgase vom Verbrennungsraum direkt in den Rauchfang und durch diesen abgeführt werden. Diese bekannten Öfen besitzen ferner keine Nachbrennkammer bzw. sind zur Nachverbrennung nicht ausgerüstet; es wird lediglich die im Füllraum stattfindende Brennstoffverbrennung durch zugeführte Sekundärluft verbessert. Das Problem einer Nachverbrennung wird bei diesen Öfen nicht gelöst. 20 Die Erfindung setzt sich zur Aufgabe, einen.Heizkessel der eingangs geschilderten Art so zu verbessern, daß die Verbrennung der Schwelgase möglichst vollständig zwecks Erzielung emissionsarmer Abgase erfolgt. Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die Nachbrennkammer dem Umfang des Rostes zumindest über einen Großteil desselben folgt, vorzugsweise den Rost zur Gänze umgibt. Die um den Rost herum angeordnete Nachbrennkammer hat zur Folge, daß über ihre in Umfangsrichtung des Rostes 25 gemessene Länge die aus dem Brennstoff austretenden gesamten Verbrennungsgase, welche noch teilweise unverbrannte Schwelgase enthalten, gleichmäßig über diese Länge der Kammer, vorzugsweise nach allen Richtungen, abgeführt werden können. In dieser Nachbrennkammer werden dann die noch unverbrannten Schwelgase verbrannt. Hiebei bildet diese Nachbrennkammer mit ihrer dem Rost zugewandten Wand im Rostbereich eine Begrenzung des Füllschachtes und damit des Glutbettes und wird daher auf 3o hoher Temperatur gehalten, was die Verbrennung der Schwelgase begünstigt. Dies ist bei bekannten Heizkesselkonstruktionen der eingangs geschilderten Bauart nicht der Fall, da dort eine Nachbrennkammer - soferne sie überhaupt vorhanden ist - lediglich einseitig an den Füllraum bzw. den Rost anschließt, was einerseits längere Wege für die Schwelgase bedeutet, anderseits eine niedrigere Temperatur der Nachbrennkammer. 35 Die besten Effekte ergeben sich bei der erfindungsgemäßen Konstruktion, wenn die Nachbrennkammer gemäß der bevorzugten Variante den Rost zur Gänze umgibt, zweckmäßig in Ringform, wenn der Füllschacht runden Querschnitt hat.

Gemäß einer besonders günstigen Weiterbildung der Erfindung ist die Nachbrennkammer als dem Umfang des Rostes folgender Kanal ausgebildet, der in aneinander anschließenden Sektoren unterteilt ist, 40 die von Formkörpern aus hitzebeständigem Material, z.B. Stahlguß, Gußeisen, Schamotte, Feuerfestbeton od. dgl. gebildet sind, wobei vorzugsweise die einzelnen Sektoren mit im wesentlichen radialen ebenen Seitenflächen aneinanderliegen. Dies schafft günstigere Verhältnisse im Hinblick auf das Wärmedehnungsverhalten der im allgemeinen hohen Temperaturen ausgesetzten Nachbrennkammer, anderseits wird die Auswechselbarkeit der Nachbrennkammer bzw. ihrer Sektoren im Bruchfall erleichtert, und zwar umso 45 mehr, aus je mehr Sektoren die Nachbrennkammer besteht. Die eingesetzten Formkörper lassen sich in geeigneten Formen leicht hersteilen, ihre Öffnungen können, soferne sie bei der Formung nicht bereits mittels Kernen mitgeformt werden, nachträglich ausgebohrt werden. Wenn die einzelnen Sektoren mit radialen ebenen Trennflächen einander benachbart angeordnet sind, können diese ebenen Trennflächen bearbeitet sein und ermöglichen den Übergang auf wechselnde Durchmesser eines kreisrunden Füllschach-50 tes, so daß für eine Vielzahl von Kesseln verschiedener Größe bzw. verschiedenen Füllschachtdurchmessern nur einige voneinander verschiedene Formkörper für den Aufbau des zum jeweiligen Füilschachtdurch-messer passenden Nachbrennkammerkanals erforderlich sind. Zwar ist dann in manchen Fällen der so gebildete Nachbrennkammerkanal nicht mehr exakt kreisringförmig, was jedoch auf seine Funktion keinen nachteiligen Einfluß hat. 55 Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist die Nachbrennkammer nahe ihrer Deckwand mehrere, entlang des Umfanges des Rostes verteilte Eintrittsöffnungen für die Schwelgase auf. Die Anbringung dieser Schwelgaseintrittsöffnungen an der höchstmöglichen Stelle sichert eine ununterbrochene, dem Glutbett zugewendete Wand der Nachbrennkammer, so daß bei üblicher Glutbetthöhe keine Teilchen aus 2

AT 397 553 B dem Glutbett in die Nachbrennkammer hineinfallen können, wodurch die Nachbrennkammer mit der Zeit verlegt werden könnte. Es ist zweckmäßig, im Rahmen der Erfindung in Strömungsrichtung der Schwelgase hinter den Eintrittsöffnungen für die Schwelgase eine diese Gase umlenkende Prallwand für die Schwelgase anzuordnen. Dadurch werden die Schwelgase gezwungen, ihre Strömungsrichtung unmittelbar nach dem Eintritt in die Nachbrennkammer zu ändern. Es kommt daher zu Wirbelbildungen der Schwelgase in der Nachbrennkammer, was die Durchmischung der Schwelgase mit der durch die Sekundärluftöffnungen zugeführten Frischluft und damit die völlige Verbrennung der Schwelgase begünstigt. Vorzugsweise steht die Prallwand von der Decke der Nachbrennkammer nach unten ab, und zwar vorzugsweise so weit, daß sie mit ihrem unteren Rand tiefer liegt als der untere Rand der Eintrittsöffnung. Dies ergibt die wirksamste Anordnung der Prallwand. Dem gleichen Zweck dient es, wenn die Prallwand zwischen der Eintrittsöffnung für die Schwelgase und der Abzugsöffnung für die Rauchgase angeordnet ist.

Wie bereits erwähnt, ist es für die völlige Verbrennung der Schwelgase erforderlich, die Nachbrennkammer auf möglichst hoher Temperatur zu halten. Um zu vermeiden, daß bei der erfindungsgemäßen Konstruktion die Nachbrennkammer durch den das. Wärmeträgermedium führenden Mantel abgekühlt wird, ist erfindungsgemäß zwischen der Außenwand der Nachbrennkammer bzw. der sie bildenden Sektoren und der ihr benachbarten Wand des Mantels eine Wärmeisolierung angeordnet, die gemäß einer bevorzugten Variante von einer zwischen den beiden Wänden bestehenden Luftschicht gebildet ist, wobei zumindest eine dieser Wände mit Abstandhaltern, z.B. Noppen, versehen ist, um zu vermeiden, daß die beiden Wände einander zu nahe angenähert werden, wodurch die isolierende Luftschicht beeinträchtigt oder sogar unterbrochen werden könnte.

Weitere Kennzeichen und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles, welches in der Zeichnung schematisch dargestellt ist. Fig.1 zeigt einen Vertikalschnitt durch den Heizkessel, Fig.2 ist ein Schnitt nach der Linie ll-ll der Fig.1. Fig.3 zeigt in größerem Maßstab ein Sektorelement der Nachbrennkammer in Seitenansicht. Fig.4 ist eine Ansicht in Richtung des Pfeiles IV der Fig.3. Fig.5 ist ein Schnitt nach der Linie V-V der Fig.3 und Fig.6 ist eine Draufsicht in Richtung des Pfeiles VI der Fig.4.

Der Heizkessel 1 hat einen den festen Brennstoff aufnehmenden Füllraum 2, der unten durch einen Rost 3 abgeschlossen ist und seitlich von einem Mantel 4 umgeben ist, der von einem Wärmeträgermedium, insbesondere Wasser, durchflossen ist, das dem Mantel 4 über einen Rücklauf 5 zugeführt wird und aus dem Mantel über einen Voriauf 6 abströmt. Der Mantel 4 ist über den größeren Teil der Höhe des mit kreiszylindrischem Querschnitt ausgebildeten Füllraumes 2 als Doppelmantel mit einem Innenmantel 7 und einem Außenmantel 8 ausgeführt. Zwischen dem Innenmantel 7 und dem Außenmantel 8 liegt ein Rauchgaskanal 9, der zu einem Abzugsstutzen 10 für für Rauchgase führt, in welchem die Rauchgase in Richtung des Pfeiles 11 in den Kamin strömen. Etwa auf einem Drittel der Höhe des Füllraumes 2 stehen der Innenmantel 7 und der Außenmantel 8 miteinander über radiale Rohre 12 in wasserleitender Verbindung, die von den im Rauchgaskanal 9 aufsteigenden Rauchgasen umspült werden. Oben ist der Rauchgaskanal 9 durch einen dichtend aufgesetzten, jedoch abnehmbaren Verschluß 13 verschlossen, nach dessen Abnahme der Rauchgaskanal 9 von oben zwecks Reinigung zugänglich ist. Der Füllraum 2 ist durch einen, gegebenenfalls mit einem Schauglas versehenen, Deckel 14 verschlossen, der um eine Achse 15 schwenkbar am Mantel 4 befestigt ist und am oberen Rand des den Füllraum 2 begrenzenden Innenmantels 7 dichtend anliegt.

Unterhalb des Rostes 3 liegt ein freier Raum 16, an den ein Frischluftstutzen 17 anschließt, über den Frischluft unter den Rost 3 als Primärluft zuströmt. Unterhalb dieses Raumes 16 befindet sich ein Aschenbehälter 18.

Der Rost 3 ist zur Gänze von einer Nachbrennkammer 19 ringförmig umgeben, die einen Kanal bildet, der in Kreisringform um den Rost 3 herumläuft und an seinem Boden 20 in Abständen entlang des Umfanges des Rostes 3 verteilte Lufteintrittsöffnungen 21 hat, über welche Sekundärluft vom Raum 16 in den das Innere der Nachbrennkammer 19 bildenden Kanal 22 strömen kann. Die Nachbrennkammer 19 und der Rost 3 sind auf einem umlaufenden Ring 23 abgestützt, der an der nach unten verlängerten Innenwand 24 des Außenmantels 8 lösbar angeschraubt ist. Die Durchmesserverhältnisse des Füllraumes 2 sind so gehalten, daß der Rost 3 nach oben ausbaubar ist. Nach Lösung der den Ring 23 haltenden Verschraubung ist die Nachbrennkammer 19 nach unten, vorzugsweise durch den Aschenbehälter 18 hindurch, ausbaubar. Um dies zu erleichtern und um auch eine einfachere Herstellung der Nachbrennkammer 19 zu ermöglichen, besteht diese aus einer Mehrzahl von Sektoren 25 (Fig.3 bis 6), welche in Umfangsrichtung des Rostes 3 aneinander anschließen. Jeder dieser Sektoren 25 besteht aus einem hohlen Formkörper aus hitzebeständigem Material, z.B. Stahlguß, Gußeisen, Schamotte, Feuerfestbeton od.dgl. und hat radiale oder annähernd radiale ebene Seitenflächen 26, entlang welcher die einzelnen Sektoren 25 aneinander anliegen. Jeder dieser Sektoren 25 hat an seiner dem, Rost 3 zugewandten Innenwand 27, welche zweckmäßig mit der 3

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Innenwand 28 des Innenmantels 7 fluchtet, zumindest eine Eintrittsöffnung 29 für die Schwelgase und an seiner Deckwand eine Abzugsöffnung 30, durch welche die verbrannten Schwelgase aus der Nachbrennkammer 19 in den Rauchgaskanal 9 abströmen können. An der Bodenwand 20 sind, wie bereits erwähnt, die Lufteintrittsöffnungen 21 für die Sekundärluft vorgesehen, denen Öffnungen 38 im Ring 23 zugeordnet sind, so daß die Sekundärluft ungehindert in den Kanal 22 einströmen kann. Für die Einströmung der Schwelgase aus dem Füllraum 2 in den Kanal 22 ist hingegen ein Hindernis vorgesehen, und zwar erstreckt sich von der Deckwand 31 jedes Sektors 25 eine Prallwand 32 nach unten, und zwar so weit, daß das untere Ende der Prallwand 32 tiefer liegt als der untere Rand der Eintrittsöffnung 29. Da die Prallwand 32 zwischen dieser Eintrittsöffnung 29 und der Abzugsöffnung 30 für die Rauchgase liegt, werden die Schwelgase beim Eintritt in den Kanal 22 verwirbelt, was ihre Durchmischung mit der durch die Lufteintrittsöffnungen 21 zuströmenden Sekundärluft begünstigt. Es kommt daher zu einer vollständigen Verbrennung der Schwelgase in der Nachbrennkammer 19, so daß weitgehend emissionsfreie Abgase in den Abzugsstutzen 10 geleitet werden. Diese vollständige Verbrennung der Schwelgase wird auch dadurch begünstigt, daß die Nachbrennkammer 19 das auf dem Rost 3 liegende Glutbett umgibt und daher durch dieses auf einer hohen Temperatur gehalten wird, der das Material der Sektoren 25 standhalten muß. Um zu vermeiden, daß die Nachbrennkammer 19 bzw. ihre Sektoren 25 durch den wasserführenden Mantel 4 abgekühlt werden, ist zwischen der Außenwand 33 jedes Sektors 25 und der ihm benachbarten Innenwand 24 des Außenmantels 8 eine Wärmeisolierung 34 angeordnet. Es genügt hiezu, diese Wärmeisolierung 34 von einer Luftschicht zu bilden und zwar dadurch, daß die Außenwand 33 von der Innenwand 24 im Abstand gehalten wird. Dieser Abstand wird durch Noppen 35 (Fig.3 bis 6) an der Außenwand 33 jedes Sektors 25 der Nachbrennkammer 19 gesichert. Gegen Bewegung nach innen werden die Sektoren 25 einerseits durch den Rost 3 gesichert, anderseits dadurch, daß ein nach unten ragender Fortsatz 36 der Innenwand 28 des Innenmantels 7 in eine entsprechende Aussparung des jeweiligen Sektors 25 eingreift und dadurch diesen hält.

Oberhalb der Rohre 12 sind in den Rauchgaskanal 9 Einsatzkörper 37 eingesetzt, die. eine Verringerung des Strömungsquerschnittes für die Rauchgase und damit eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit derselben bewirken, dies begünstigt die Wärmeübertragung von den heißen Rauchgasen auf das in den Mänteln 7,8 zirkulierende Wasser.

Die im wesentlichen mit Rechtecksquerschnitt ausgebildeten Sektoren 25 lassen sich in Gießformen problemlos hersteilen, ihre Öffnungen 21,29,30 können, wenn sie nicht zugleich bei der Formung herstellbar sind, später gebohrt werden. Es ist zweckmäßig, an der Innenwand 27 jedes Sektors 25 mehrere Eintrittsöffnungen 29, entlang des Umfanges des Rostes 3 verteilt, vorzusehen, um eine gute Einströmmög-lichkeit für die Schwelgase in die Nachbrennkammer 19 und eine gute Vermischung der Schwelgase in dieser Kammer mit der zuströmenden Sekundärluft zu erzielen.

Die Anzahl der die Nachbrennkammer 19 aufbauenden Sektoren 25 kann in Abhängigkeit von den vorliegenden Verhältnissen beliebig gewählt werden, desgleichen die Anzahl und Form der erwähnten Öffnungen 21,29,30 und die Anzahl und Anordnung der Noppen 35. Gegebenenfalls können die Sektoren 25 auch aus feuerfesten Materialien aufgebaut, also nicht gegossen werden.

Die beschriebene Anordnung der Nachbrennkammer bewirkt auch einen verbesserten, gleichmäßigen unteren Abbrand im Füllraum 2, da das über dem Rost 3 liegende Glutbett nicht mehr von gekühlten Kesselwänden umgeben ist. Die Temperatur dieses Glutbettes ist daher vergleichsweise hoch, was die vollständige Verbrennung der brennbaren Bestandteile des Festbrennstoffes begünstigt.

Die Seitenflächen 26 der einzelnen Sektoren 25 müssen nicht exakt radial verlaufen. So ist es beispielsweise möglich, zu einem bestimmten Durchmesser des Füllraumes 2 passende Sektoren 25 auch für einen Kessel einzusetzen, dessen Füllraumdurchmesser etwas größer ist. Die zur passenden Kesselgröße radial gerichteten Seitenflächen 26 der Sektoren 25 stehen dann bei Verwendung dieser Sektoren in der etwas größeren Kesselform nicht mehr exakt radial, die einzelnen Sektoren 25 berühren sich an den Außenrändern, wogegen zwischen einander benachbarten Sektoren 25 keilförmig sich nach innen verbreiternde Spalte verbleiben. Diese Spalte sind nicht nachteilig, sie schaffen lediglich zusätzliche Öffnungen, durch welche die Rauchgase in den Rauchgaskanal 9 eintreten können. Die beschriebene Anordnung ermöglicht es aber, eine einzige Größe der Sektoren 25 für einen ganzen Durchmesserbereich des Füllraumes 2 zu verwenden.

Selbstverständlich ist die Erfindung auch auf solche Heizkessel anwendbar, deren Füilraumquerschnitt nicht kreisförmig ist, so z.B. für Heizkessel mit einem rechteckigen oder quadratischen Füllraumquerschnitt. In einem solchen Fall können die Sektoren 25 geradlinig verlaufen und lediglich an den Ecken des Füllraumquerschnittes Eckstücke vorgesehen sein. Der runde Füllraumquerschnitt ist jedoch aus Gründen eines gleichmäßigen Abbrandes und eines besseren Wirkungsgrades vorzuziehen. 4

Claims (10)

1. AT 397 553 B Patentansprüche 1. Heizkessel für feste Brennstoffe, mit einem unten durch einen Rost abgeschlossenen Füllraum für den Brennstoff und einem den Füllraum umgebenden Mantel für ein Wärmeträgermedium, wobei zwischen 5 dem Mantel und dem Rost eine Nachbrennkammer für Schwelgase angeordnet ist, die über zumindest eine Eintrittsöffnung für die Schwelgase mit dem Füllraum und über zumindest eine Abzugsöffnung mit einem Rauchgaskanal in Verbindung steht und zumindest eine Lufteintrittsöffnung für Sekundäriuftzu-fuhr hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbrennkammer (19) dem Umfang des Rostes (3) zumindest über einen Großteil desselben folgt, vorzugsweise den Rost (3) zur Gänze umgibt. 70
2. 2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbrennkammer (19) als dem Umfang des Rostes (3) folgender Kanal (22) ausgebildet ist, der in aneinander anschließende Sektoren (25) unterteilt ist, die von Formkörpern aus hitzebeständigem Material, z.B. Stahlguß, Gußeisen, Schamotte, Feuerfestbeton od.dgl., gebildet sind, wobei vorzugsweise die einzelnen Sektoren (25) mit 15 im wesentlichen radialen ebenen Seitenflächen (26) aneinanderliegen.
3. 3. Heizkessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbrennkammer (19) nahe ihrer Deckwand (31) mehrere, entlang des Umfanges des Rostes (3) verteilte Eintrittsöffnungen (29) für die Schwelgase aufweist. 20
4. 4. Heizkessel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung der Schwelgase hinter den Eintrittsöffnungen (29) zumindest eine die Schwelgase umlenkende Prallwand (32) für die Schwelgase liegt.
5. 5. Heizkessel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Praliwand (32) von der Deckwand (31) nach unten absteht, vorzugsweise mit ihrem unteren Rand tiefer liegt als der untere Rand der Eintrittsöffnung (29).
6. 6. Heizkessel nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallwand (32) zwischen der 30 Eintrittsöffnung (29) und der Abzugsöffnung (30) angeordnet ist.
7. 7. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Außenwand (33) der Nachbrennkammer (19) bzw. der sie bildenden Sektoren (25) und der ihr benachbarten Wand (24) des Mantels (7,8) eine Wärmeisolierung (34) angeordnet ist. 35
8. 8. Heizkessel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeisolierung (34) eine zwischen den beiden Wänden (33,24) bestehende Luftschicht ist und daß zumindest eine dieser Wände (33,24) mit Abstandhaltern, z.B. Noppen (35), versehen ist.
9. 9. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbrennkammer (19) bzw. die sie bildenden Sektoren (25) zusammen mit dem Rost (3) auf einem umlaufenden Ring (23) abgestützt sind, dem am Mantel (7,8) lösbar befestigt und nach unten ausbaubar ist und im Bereich der am Boden (20) der Nachbrennkammer (19) angeordneten Lufteintrittsöffnungen (21) mit Durchbrechungen (38) versehen ist. 45
10. 10. Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbrennkammer (19) in einen den Rost (3) umgebenden, zum Rost (3) hin offenen Ringraum des Mantels (7,8) eingebaut ist und an ihrer Innenfläche bündig mit der Innenwand (28) des Mantels (7,8) abschließt, wobei sich gegebenenfalls oberhalb der Nachbrennkammer (19) ein Doppelmantel (7,8) für das so Wärmeträgermedium befindet, in den zumindest ein Einsatzkörper (37) in den zwischen dem Innenmantel (7) und dem Außenmantel (8) bestehenden Ringspalt eingesetzt ist. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 5 55