AT398338B

AT398338B - Heizungskessel mit einem oben angeordneten brennstoff-füllraum

Info

Publication number: AT398338B
Application number: AT0019788A
Authority: AT
Original assignee: Ackermann Karl
Priority date: 1987-11-06
Filing date: 1988-02-01
Publication date: 1994-11-25
Also published as: ATA19788A; DE3737661A1; CH675469A5; DE3737661C2

Description

AT 398 338 B

Die Erfindung betrifft einen Heizungskessel, mit einem oben angeordneten Brennstoff-Füliraum, dem zwangsweise primäre Verbrennungsluft 2ugeführt wird, und einem unten dem Brennstoff-Füllraum nachge-ordneten Brennraum, in dem die Rauchgase ihre Wärmeenergie an Wärmetauscherflächen abgeben, wobei zwischen dem Füllraum und dem nachgeordneten Brennraum eine oberseitig im wesentlichen plane 5 Bodenplatte aus Schamott angeordnet ist.

Ein vorgenannter, beispielsweise aus EP 0 271 392 A1 bekannter Heizungskessel besitzt einen Brennstoff-Füllraum, der praktisch vollständig von Wärmetauscherflächen (auch auf der Bodenseite) umgeben ist. Die zwangsweise zugeführte Verbrennungsluft wird füllraumunterseitig ein- und füllraumoberseitig ausgeleitet und verteilt sich praktisch über den gesamten Füllraum, so daß das im Füllraum sich befindliche 70 Brennmaterial in einen Brennzustand versetzt wird. Von Nachteil ist die unkontrollierte ineffektive schadstoffreiche Verbrennung im Füllraum und insbesondere die Verschmutzung der Füllraumwände sowie des Füllraumbodens in Richtung Wärmetauscher. Insbesondere setzt sich der bei der Verbrennung entstehende Teer an den Wänden ab, und es tropft Teer nach unten.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Heizungskessels der eingangs genannten Art, bei dem 75 vorgenannte Nachteile im wesentlichen beseitigt sind und der insbesondere bei einfachem Aufbau einen effektiven schadstoffarmen Brennbetrieb zuverlässig ermöglicht.

Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch, daß die oberseitig plane Bodenplatte zumindest im mittleren Bereich als Wärmespeicher und in diesem Bereich in Richtung auf den Brennraum verdickt ausgebildet ist, wobei die Bodenplatte einen zentralen Durchgang mit in Strömungsrichtung der 20 Rauchgase anschließender Brennkammer und einen Rauchgasauslaß zum Brennraum bildet und in der Brennkammer ein Sekundärluft-Zuführrohr angeordnet ist, und daß in der Vorderwand des Heizungskessels jeweils im äußersten Seitenbereich Durchbrüche vorgesehen sind, durch die sich zwei Primärluft-Zuführroh-re im wesentlichen horizontal und parallel zueinander dicht über der Bodenplatte über die gesamte Tiefe des Füllraums erstrecken. 25 Wesen der Erfindung ist die gesteuerte Zu- und Abführung der Verbrennungsluft im Brennstoff-Füllraum auf der Füllraum-Bodenseite insbesondere im unteren Füllraumviertel zwecks Erzeugung eines Schwelzustandes bei eingefülltem Brennstoffmaterial. Da (im Gegensatz zum eingangs genannten Stand der Technik) nicht der gesamte Füllraum in einen Brennzustand versetzt wird, läuft nach der Erfindung kein Teer od.dgl. mehr im Füllraum nach unten. Der Füllraum bleibt sauber und ist (auch im Gegensatz zum Stand der 30 Technik gemäß EP 0 271392 A1) als ''Wärmespeicher" aufgebaut. Hierbei ist die Bodenplatte als sog. "heiße” Brennkammer ausgebildet, durch die das zu geführte Gas/Luftgemisch zur Zündung gebracht wird. In der heißen Brennkammer befindet sich zentral ein Zuführrohr für die Zuführung von sekundärer Verbrennungsluft von der Kesselaußenseite her, so daß das gezündete Gas/Luftgemisch unter der Beimischung der Sekundärluft praktisch vollständig einer Nachverbrennung zugeführt wird. In der Brennkammer 35 und im Brennkammeraustritt werden Flammentemperaturen zwischen 850 und 1000*C erreicht. Durch die optimale Nachverbrennung sind die Emissionsprobleme gelöst. Ein praktisches Ausführungsbeispiel eines Heizungskessels erreicht reduzierte CO-Werte. Die Schadstoffkonzentration liegt bei 300 bis 400 ppm (während nach dem Stand der Technik 10 bis 20 000 ppm zu verzeichnen sind).

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der Füllraum vollständig mit einer Scha-40 mottauskleidung versehen ist. Dies erhöht die Wärmespeicherfunktion. Im praktischen Betrieb eines Heizungskessels ist ohne weiteres ein Intervallbetrieb bei einwandfreier Wiederentzündung gegeben, insbesondere auch aufgrund der dicken Bodenplatte aus Schamott.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Primärluft-Zuführrohre in Richtung ihrer Achse mehrere Mantelbohrungen für den Luftaustritt in den Füilraum aufweisen, die im wesentlichen zum 45 zentralen Durchgang der Bodenplatte hin gerichtet sind. Dies erhöht die gesteuerte Zufuhr der Verbrennungsluft im Brennstoff-Füllraum auf der Füllraum-Bodenseite, wobei praktisch die gesamte Bodenfläche bestrichen wird. -

Zweckmäßig ist es, wenn die Mantelbohrungen auf einer Mantelgeraden liegen. Dadurch ergibt sich ein sehr einfacher Aufbau und eine kostengünstige Fertigung, so Sind hierbei in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung die Mantelbohrungen gleich voneinander beabstandet, ergibt sich ein besonders gleichmäßiges, gerichtetes, flächiges Luftströmungsbild auf der Füllraum-Bodenseite.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Mantelbohrungen in den Primärluft-Zuführrohren einen in Strömungsrichtung der Primärluft fortschreitend kleiner werdenden Durchmesser besitzen. Dadurch kann 55 eine konstante Luftaustrittsgeschwindigkeit in den Füllraum eingerichtet werden.

Zweckmäßigerweise sind die Primärluft-Zuführrohre eingangsseitig jeweils mit einer Luftmengen-Reguliereinrichtung versehen. Dies ermöglicht die Einstellung unterschiedlicher Brennbetriebszustände zwecks Erzeugung eines Schwelzustandes bei einem individuellen Brennstoffmaterial und individueller Füllhöhe. 2

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Vorteilhafterweise sind die Primärluft-Zuführrohre teilweise in einem Gebläsekasten mit Gebläse angeordnet. Dadurch kann die Verbrennungsluftzuführung bei kurzen Leitungswegen kompakt am Heizungskessel angeordnet werden. An der Vorderwand des Kesselkörpers befindet sich links und rechts unten ein Durchbruch, durch welchen je ein Primärluft-Zuführrohr eingeführt ist.

Insbesondere weist die Brennkammer in der Bodenplatte einen im wesentlichen kreisförmigen oder herzförmigen vertikalen Querschnitt auf, so daß sich gute Durchströmungsverhältnisse in der Brennkammer ergeben.

In der im wesentlichen kreisförmigen oder herzförmigen Brennkammer ist in besonders vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ein zentrales Sekundärluft-Zuführrohr im wesentlichen horizontal und parallel zu den Primärluft-Zuführrohren angeordnet. Das zentral aufgenommene Sekundärluft-Zuführrohr ist seinerseits wie die vorgenannten Primärluft-Zuführrohre aufgebaut und besitzt Mantelbohrungen rechts und links, d.h. auf zwei Manteigeraden, so daß Sekundärluft beidseits in die heiße Brennkammer zugeführt werden kann.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Brennkammer am zentralen Durchgang einen größeren horizontalen Querschnitt als am Rauchgasauslaß aus der Bodenplatte aufweist. Dadurch lassen sich besonders gute strömungsgünstige Verhältnisse in einem Brennbetrieb einrichten.

Nicht nur die Primärluft-Zuführrohre, sondern auch das Sekundärluft-Zuführrohr kann eine Luftmengen-Reguliereinrichtung besitzen, so daß auch die Sekundärluft individuell geregelt werden kann.

Zweckmäßigerweise weist die Luftmengen-Regulierung eine Stellschraube mit scheibenförmigem Kopf auf, deren Gewindebolzen in einer seitlich im Zuführrohr befestigten Halterung verschraubt ist, wobei der Durchmesser des scheibenförmigen Kopfes größer oder gleich dem Durchmesser des Zuführrohrs ist. Dadurch läßt sich eine stufenlose Einstellung der zugeführten Luftmenge, Primärluft und/oder Sekundärluft, ermöglichen. Die Einstellung erfolgt durch den Gebläsekasten mittels Schrauben von außen. Der sowohl die Primär- als auch die Sekundärluft zuführende Gebläsekasten mit Gebläse kann außerhalb wie auch innenliegend im Füllraum des Heizungskessels angeordnet sein. Letztgenannte Variante sorgt für einen sehr kompakten, sicheren beschädigungsunempfindlichen Aufbau. Bei einem Füllen des Füllraums mit Brennstoffmaterial durch die obere Füllraumöffnung an der Vorderwand des Heizungskessels kann kein Brenngut mehr auf ein (außenliegendes) Gebläse fallen.

Die erfindungsgemäße Konstruktion eignet sich sowohl für einen mit Überdruck mittels Gebläse betriebenen Heizungskessel als auch mit einem Heizungskessel, der auf der Rauchgasabführungsseite mit einem saugseitigen Ventilator angeschlossen ist, wobei in letztgenannter Variante auch Hackschnitzel und feines Material sowie Kohle verheizt werden können. Mit Überdruck betriebene Heizkessel sind vorwiegend für Stückholz oder Scheitholz geeignet. Die Reinigung des unteren Brennraums erfolgt durch eine separate untere Tür an der Heizungskessel-Vorderseite. Im Brennraum werden die Rauchgase an die Wärmetauscherfläche abgegeben ("unterer Abbrand").

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert; es zeigen: Fig. 1 einen Heizungskessel in einem schematischen Seitenschnitt, Fig. 2 einen Schnitt längs AB durch den Heizungskessel nach Fig. 1, Fig. 3 die Einzelheit Z nach Fig. 1, und Fig. 4 die Erfindung ähnlich Fig. 2 in größerer Einzelheit.

Der in der Zeichnung dargestellte Heizungskessel 1 mit zwangsweiser Zufuhr der Verbrennungsluft entweder durch ein vorgeordnetes Gebläse (Überdruckbetrieb) oder einen nachgeordneten saugseitigen Ventilator (Saugbetrieb) umfaßt einen oberen Brennstoff-Füllraum 3 und einen unteren Brennraum 4 ("unterer Abbrand”), wobei vorgenannte Räume durch eine zwischengeordnete Bodenplatte 6 aus Schamott, die oberseitig eine im wesentlichen plane strömungsgünstige horizontale Oberfläche aufweist und im praktischen Ausführungsbeispiel zweigeteilt aufgebaut ist, voneinander getrennt sind.

Die Bodenplatte 6, die im Querschnitt der Fig. 2 und 4 nach unten im wesentlichen keilförmig ausgebildet ist, umfaßt einen zentralen Durchgang 9, der als sog. "heiße Brennkammer" ausgebildet ist, in welcher zentral sekundäre Verbrennungsluft 8 zugeleitet,wird, wie nachfolgend noch im einzelnen ausgeführt wird.

Der untere Brennraum nimmt eine zentrale Auffangschale 17 auf, die auf Beinen 18 abgestützt ist. Der Brennraum 4 ist durch eine untere Öffnung 13 bzw. Tür zugänglich. Umfangsmäßig ist er mit einer Wärmetauscherfläche 5 umgeben, wobei innere Wärmetauscherrippen 19 vorgesehen sind. Das Wasser im Wärmetauscher wird durch die Wärmetauscherflächen 5 erhitzt und einer Verwendung zugeführt.

In der Vorderwand 11 des Heizungskessels 1 befindet sich im oberen Bereich eine Einfüllöffnung 12 bzw. Tür zum Befüllen des Füllraums 3 mit Festbrennstoff.

Unterhalb der oberen Einfüllöffnung 12 ist ein Gebläsekasten 27 mit vorgeordnetem Gebläse 28 vorgesehen, welches über Durchgänge in der Vorderwand 11 primäre Verbrennungsluft 2 unmittelbar dicht oberhalb der Bodenplatte 6 seitlich zuleitet, und zwar über zwei Primärluft-Zuführrohre 22, 23, welche 3

Claims

AT 398 338 B Mantelbohrungen 24 aufweisen, um Primärluft auf das Brenngut im Füllraum 3 blasen zu können. Die Primärluft-Zuführrohre besitzen insbesondere Mantelbohrungen 24, die auf einer Mantelgeraden liegen und von der Heizungskessel-Vorderwand 11 in Richtung Rückwand des Heizkessels einen sich verjüngenden Durchmesser dergestalt aufweisen, daß die Austrittsgeschwindigkeit der Luft aus den Mantelbohrungen im wesentlichen konstant und ein gleichmäßiger Luftaustritt gewährleistet ist. Die Primärluft-Zuführrohre 22, 23 erstrecken sich über die gesamte Tiefe des Füllraums 3, der zusätzlich mit einer Schamottauskleidung 10 praktisch vollständig ausgekleidet ist und zusammen mit der Bodenplatte 6 aus Schamott als Wärmespeicher fungiert. Selbstverständlich ist der gesamte Heizungskessel 1 in einer Isolierverkleidung 16 aufgenommen, und es besitzt der Heizungskessel 11 im Bereich seiner Rückwand einen Abgaskanal 15, der den unteren Brennraum 4 mit dem Rauchgasaustritt 14 verbindet, der zusätzlich eine Rauchgasklappe 21 umfaßt, welche bei entsprechender Horizontalschwenkung den Abgaskanal 15 absperrt und einen direkten Rauchgasaustritt aus dem oberen Füllraum 3 ermöglicht. Die "heiße Brennkammer" der Bodenplatte 6 ist insbesondere aus den Fig. 2 und 4 ersichtlich. Im Querschnitt ist sie im wesentlichen herzförmig in strömungsgünstiger Weise aufgebaut, wobei ein Sekun-därluft-Zuführrohr 29 zentral aufgenommen ist, welches seinerseits aufgebaut ist wie die vorgenannten Primärluft-Zuführrohre 22, 23, allerdings mit Mantelbohrungen rechts und links, d.h. auf zwei Mantelgeraden, versehen sind, wie dies insbesondere der Fig. 4 zu entnehmen ist. Sämtliche Zuführrohre 22, 23, 29, weisen eingangsseitig im Gebläsekasten 27 eine Luftmengen-Reguliereinrichtung 26 auf, die insbesondere eine stufenlos verstellbare Scheibe 33 bzw. einen stufenlos verstellbaren Teller umfaßt, deren bzw. dessen axialmittiger Gewindebolzen 34 in einer Halterung 35 in einem Schraubeingriff steht, wobei die die Gewindebohrung aufweisende Halterung 35 seitlich im Zuführrohr 22, 23 bzw. 29 auf der Eingangsseite befestigt ist. Die Scheibe 33 weist einen größeren Durchmesser auf als das Zuführrohr 22, 23 bzw. 29 selbst, wie dies insbesondere der Fig. 3 zu entnehmen ist. Durch Axialverstellung der Scheibe 33 kann der Querschnitt des Eingangskanals jedes Zuführrohrs Verstellt und mithin die zugeführte Luftmenge reguliert werden. Jede Scheibe 33 weist zentral eine Aussparung 36 (Schlitz od.dgl.) auf, so daß die Scheibe 33 durch den Gebläsekasten 27 hindurch durch einen Stellstift, Schraubenzieher od.dergl. verdreht bzw. verstellt werden kann. Die heiße Brennkammer in der Bodenplatte 6 besitzt einen oberseitigen zentralen Lufteinlaß 31 mit einem Querschnitt, der größer, ist als der unterseitige Luftauslaß 32 in Richtung Brennraum 4 wie dies insbesondere der Fig. 4 zu entnehmen ist. Ersichtlich wird im Betrieb des Heizungskessels 1 die primäre Verbrennungsluft 2 zwangsweise von der Kesselaußenseite her dicht oberhalb der Bodenplatte seitlich zugeführt und durch den zentralen Durchgang 9 in der Bodenplatte 6 strömungsgünstig zum unteren Brennraum weitergeleitet. Im Füllraum 3 wird mithin nur in etwa das untere Drittel oder Viertel primärer Verbrennungsluft ausgesetzt, so daß dort Schwelgase entstehen. Die eigentliche Zündung erfolgt in der nachgeordneten heißen Brennkammer unter Zuführung der sekundären Verbrennungsluft 8, die für eine optimale Nachverbrennung sorgt. Schließlich, gelangen die heißen Rauchgase 7 im unteren Brennraum 4 an die seitlichen Wärmetauscherflächen 5 und von dort in den Abgaskanal 15 nach oben. Patentansprüche 1. Heizungskessel, mit einem oben angeordneten Brennstoff-Füllraum, dem zwangsweise primäre Verbrennungsluft zugeführt wird, und einem unten dem Brennstoff-Füllraum nachgeordneten Brennraum, in dem die Rauchgase ihre Wärmeenergie an Wärmetauscherflächen abgeben, wobei zwischen dem Füllraum (3) und dem nachgeordneten Brennraum (4) eine oberseitig im wesentlichen plane Bodenplatte (6) aus Schamott angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die oberseitig plane Bodenplatte (6) zumindest im mittleren Bereich als Wärmespeicher und in diesem Bereich in Richtung auf den Brennraum verdickt ausgebildet ist, wobei die Bodenplatte (6) einen zentralen Durchgang (9) mit in Strömungsrichtung der Rauchgase anschließender Brennkammer und einen Rauchgasauslaß (32) zum Brennraum (4) bildet und in der Brennkammer ein Sekundärluft-Zuführrohr (29) angeordnet ist, und daß in der Vorderwand (11) des Heizungskessels jeweils im äußersten Seitenbereich Durchbrüche vorgesehen sind, durch die sich zwei Primärluft-Zuführrohre (22, 23) im wesentlichen horizontal und parallel zueinander dicht über der Bodenplatte (6) über die gesamte Tiefe des Füllraums (3) erstrecken.
2. Heizungskessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllraum (3) vollständig mit einer Schamottauskleidung (10) versehen ist. 4 AT 398 338 B
3. Heizungskessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärluft-Zuführrohre (22, 23) in Richtung ihrer Achse mehrere Mantelbohrungen (24) für den Luftaustritt in den Füllraum (3) aufweisen, die im wesentlichen zum zentralen Durchgang (9) der Bodenplatte (6) hin gerichtet sind.
4. Heizungskessel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelbohrungen (24) auf einer Mantelgeraden liegen.
5. Heizungskessel nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelbohrungen (24) gleich voneinander beabstandet sind.
6. Heizungskessel nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelbohrungen (24) in den Primärluft-Zuführrohren (22, 23) einen in Strömungsrichtung der Primärluft fortschreitend kleiner werdenden Durchmesser besitzen.
7. Heizungskessel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärluft-Zuführrohre (22, 23) eingangsseitig jeweils mit einer Luftmengen-Reguliereinrichtung (26) versehen sind.
8. Heizungskessel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärluft-Zuführrohre (22, 23) teilweise in einem Gebläsekasten (27) mit Gebläse (28) angeordnet sind.
9. Heizungskesel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer in der Bodenplatte (6) einen im wesentlichen kreisförmigen oder herzförmigen vertikalen Querschnitt aufweist (Fig. 4).
10. Heizungskessel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Sekundärluft-Zuführrohr (29) in der Brennkammer im wesentlichen horizontal und parallel zu den Primärluft-Zuführrohren (22, 23) angeordnet ist.
11. Heizungskessel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Sekundärluft-Zuführrohr (29) eine weitere Luftmengen-Reguliereinrichtung besitzt.
12. Heizungskessel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer am zentralen Durchgang (9) einen größeren horizontalen Querschnitt als am Rauchgasauslaß (32) aus der Bodenplatte (6) aufweist (Fig. 4).
13. Heizungskessel nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftmengen-Regulierung (26) eine Stellschraube mit scheibenförmigem Kopf (33) aufweist, deren Gewindebolzen (34) in einer seitlich im Zuführrohr(22, 23 bzw. 29) befestigten Halterung (35) verschraubt ist, wobei der Durchmesser des scheibenförmigen Kopfes (33) größer oder gleich dem Durchmesser des Zuführrohrs ist. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen 5