AT400982B - Feuerstätte für gasreiche festbrennstoffe - Google Patents

Description

AT 400 982 B

Die Erfindung betrifft eine Feuerstätte für gasreiche Festbrennstoffe, mit einer Primärluftzuführung zum Zuführen von Primärluft zur Verbrennung der festen Bestandteile des Brenngutes, einer Sekundärluftzuführung zum Zuführen von Sekundärluft zur Verbrennung der flüchtigen Bestandteile des Brenngutes und einer Einrichtung zum Vorerhitzen der Sekundärluft auf eine Temperatur, welche mindestens die zur Verbrennung der flüchtigen Bestandteile erforderliche Zündtemperatur hat.

Dies können z.B. Feuerstätten für Wäremerzeuger wie Heizkessel, Heizöfen od.dgl., insbesondere mit Beheizung durch gasreiche Festbrennstoffe wie Holz, Braunkohle, Torf od.dgl. sein. Gegebenenfalls kann die Erfindung jedoch auch mit Vorteil bei Feuerstätten mit Beheizung durch gasarme Brennstoffe verwendet werden.

Unter Feuerstätte soll im folgenden vor allem der Raum verstanden werden, in dem sich die Oxydation des Brenngutes vollzieht, wie dies z.B. in Warmluftzimmeröfen, in Warmwasserheizungskesseln od.dgl. der Fall ist. Um besonders bei gasreichen Brennstoffen eine möglichst gute Verbrennung herbeizuführen, wird dem Feuer neben der Primärluft, mit welcher die festen Bestandteile des Brennstoffes reagieren, auch Sekundärluft zugeführt, mittels welcher die aus dem Feststoff-Feuerbett durch Pyrolyse abgespaltenen flüchtigen Anteile des Brenngutes verbrannt werden. Bei solchen, im allgemeinen mit natürlichem Zug betriebenen Feuerstätten ist bisher insbesondere die Verbrennung der flüchtigen Bestandteile des Brennstoffes mit Hilfe der Sekundärluft häufig mangelhaft, was sich dadurch äußert, daß unverbrannter Brennstoff in Form von CO-haltigem Rauch die Feuerstätte verläßt. Wäre die Oxydation des Brenngutes vollkommen, dann dürften sich im Abgas der Feuerstätte nur Kohlendioxyd, wasserdampf und eventuell die Oxyde gewisser im Brennstoff oder in der Verbrennungsluft enthaltener Elemente wie Schwefel, Stickstoff und dergleichen finden.

Um die Verbrennung der flüchtigen Heizgase zu verbessern, sind Katalysatoren vorgeschlagen worden, welche z.B. fein verteiltes Platin enthalten. Der Katalysator sorgt dafür, daß die flüchtigen, reaktionsfähigen Bestandteile des Brenngutes intensiver oxydiert werden als dies ohne Katalysator der Fall wäre. Nachteil des Katalysators ist sein hoher Preis, seine Empfindlichkeit gegen Vergiftung und Verschmutzung und seine begrenzte Lebensdauer. Es ist auch bereits bekannt, die Verbrennung der Heizgase dadurch zu verbessern, daß Primär- und Sekundärluft erwärmt werden (siehe z.B. die DE-PS 28 12 962, Spalte 3, Zeile 53 oder die DE-PS 30 31 184, Spalte 2, Zeile 43). Demgegenüber hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, eine möglichst vollständige Oxydation von vorzugsweise gasreichen Festbrennstoffen zu gewährleisten. Im folgenden wird zum besseren Verständnis der Erfindung zunächst erläutert, warum Feuerstätten nach dem Stand der Technik ohne Katalysator und ohne Gebläse flüchtiges Brenngut nur unvollkommen verbrennen.

Wird in einer solchen Feuerstätte das Brennstoffbett entzündet, so entsteht in kurzer Zeit brennbarer Rauch. Dieser bewegt sich unter dem Einfluß des Schonrsteinzuges in Richtung Schornstein. Kurz über dem Feuerbett wird dem Rauch Sekundärluft zugeführt, die in der Regel kalt ist, weil sie ohne weitere Maßnahmen häufig unmittelbar durch die Feuertür unter dem Einfluß des Schonrsteinzuges in die mit Rauch gefüllte Feuerstätte strömt. Rauch und Skundärluft sind im Bereich dieser Lufteinführung schlecht durchmischt. Langgestreckte, unverbrauchte Sekundärluft-"Fahnen" strömen neben unverbrannten, langgezogenen Rauch-"Wolken" dem Schornstein zu. An ihrer Berührungsfläche sollen sich die Rauch-"Wolken" mit dem Sauerstoff der Sekundärluft unter Erzeugung von Wärme chemisch verbinden. Dies ist nur möglich, wenn die Grenzfläche zwischen Sekundärluft und Rauch so heiß ist, daß der Oxydationsprozeß gestartet wird, daß also die Zündtemperatur der Grenzfläche erreicht wird. Diese hohe Temperatur herrscht jedoch bei Feuerstätten nach dem Stand der Technik nur in wenigen Bezirken des Rauchstromes. Die anderen Bezirke, in denen die Zündtemperatur nicht erreicht wird, kühlen sich häufig unter Abgabe von Nutzwärme beim Weg zum Schornstein ab und verlassen die Feuerstätte als unverbrannter Rauch.

Bei vielen Feuerstätten nach dem Stand der Technik ist auch der Weg des Rauches zwischen dem Ort der Sekundärluftzuführung und dem Schornstein zu kurz. Hier können die Rauch-”Wolken" zwar brennen, der Oxydationsprozeß kann jedoch nicht beendet werden, weil die Gase beim Eintritt in den Schornstein unter die Zündtemperatur der Grenzschicht abgekühlt werden. Auch hier entweicht aus dem Schornstein Rauch.

Eine gattungsgemäße Feuerstätte ist aus der AT-PS 170 387 bekannt. Hinweise über die zu verwendenden Anteile an Sekundärluft bzw. über Regelmöglichkeiten für den Anteil an Sekundärluft sind dieser Patentschrift jedoch nicht zu entnehmen.

Aus der DE-PS 89 225 ist ein Heizofen mit Rauchverbrennung bekannt, bei dem stark vorerwärmte Frischluft an die selbe Stelle in die Rauchkanäle geführt wird, wo sich der aus dem Feuerraum entweichende Rauch mit einer Stichflamme trifft. Auch dieser Patentschrift sind keien Hinweise über die zu verwendenden Anteile an Sekundärluft bzw. über Regelmöglichkeiten des Anteils der Sekundärluft zu entnehmen.

Aus der CH-PS 69 909 ist es ebenfalls bekannt, vorgewärmte Sekundärluft mit den Rauchgasen zu mischen. Auch dieser Patentschrift sind jeoch keine Hinweise auf eine optimale Regelung des Sekundärluft- 2

AT 400 982 B anteiles zu entnehmen.

Die vorliegende Erfindung will nun erreichen, daß die Zündtemperatur der Grenzschicht zwischen dem flüchtigen Brenngut und der Sekundärluft in Feuerstätten mit natürlichem Zug immer gewährleistet ist und eine möglichst vollständige Oxydation der Rauchgase erfolgt. Um diese Aufgabe zu lösen wird erfindungs-gemäß vorgeschlagen, daß die Sekundärluftzuführung eine erste Sekundärlufteinleitung, durch die ein nichtvariabler, höchstens 10 % der gesamten maximal notwendigen Sekundärluft betragender Teil zuführbar ist, und eine zweite Sekundärlufteinleitung aufweist, durch die ein zwischen 0 % und 90 % oder mehr der gesamten maximal notwendigen Sekundärluft einstellbarer Teil der Sekundärluft zuführbar ist, und daß ein Temperaturdifferenzregler zum Regeln des Sekundärluftdurchflusses durch die zweite Sekundärlufteinleitung in Abhängigkeit von der Differenz der Temperaturen des Rauchgasstromes vor und hinter der ersten Sekundärlufteinleitung vorgesehen ist. Durch diese Anordnung ist es möglich, die Verbrennung durch gezielte Regelung der Sekundärluftzufuhr bestmöglich durchzuführen.

Die Sekundärlufttemperatur muß um so höher sein, je kälter die Rauchtemperatur ist. Durch diese Maßnahme wird die Temperatur im Inneren der Grenzschicht auf Zündhöhe gebracht, obgleich die dem Rauch zugekehrte Fläche der Grenzschicht zum Zünden zu kalt ist.

Nebeneinanderfließende Ströme von Rauch und heißer Sekundärluft könnten sich nach genügend langem Weg, innerhalb dessen die Zündtemperatur der Grenzschicht aufrechterhalten wird, miteinander vollständig chemisch verbinden. Je nach Ausgestaltung der Sekundärluftzufuhr müßte diese "Ausbrennlänge" sehr lang sein. Eine Feuerstätte mit langem Rauchweg ist aber teurer herzustellen als eine Feuerstätte mit kurzem Rauchweg. Daher wird eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung darin erblickt, den erhitzten Sekundärluftstrom durch mehrere Löcher, deren Querschnitt nicht wesentlich größer sein soll als 5 cm2, dem Rauchstrom zuzuführen. Im Bereich dieser Einblasöffnungen soll der Rauchstrom bei einem Schornsteinzug von 1 mm WS höchstens 20 bis 30 cm dick sein.

Zweckmäßig ist erfindungsgemäß auch eine Anordnung, bei welcher der Rauch das Zentrum einer runden oder vieleckigen Ringkammer passiert, auf deren zentraler Begrenzungsfläche die Einblasöffnungen der Sekundärluft angeordnet sind. In diesem Fall können die Wände, welche die Ringkammer gegen das Zentrum der Kammer abgrenzen und in denen die Einblaslöcher angeordnet sind, voneinander einen Abstand von 40 bis 50 cm haben (siehe Abb. 3 - 7). Die Summe aller Lochquerschnitte, über welche die Sekundärluft eingeblasen wird, muß dabei so groß sein, daß der bei gegebenem Zug von z.B. 1 mm WS sich einstellende Sekundärluftdurchfluß ausreicht, um den bei maximaler Rauchentwicklung entstehenden Rauch vollständig zu oxydieren.

Eine Sekundärlufteinführung über mehrere Löcher bewirkt, daß der Rauch schon auf einem relativ kurzen Weg vollständig verbrennt. Je kleiner die Einblasöffnungen sind, um so kürzer ist der Weg der Rauchverbrennung und umso geringer kann die Höhe der Feuerstätte sein. Eine besonders vorteilhafte Form der Sekundärlufteinleitung ist erfindungsgemäß wie folgt ausgebildet: Mindestens 90 % des maximal notwendigen Sekundärluftdurchflusses wird in Form vieler Luftstrahlen in einer Zone in den Feuerraum geführt, welche so hoch über dem Feststoffbett liegt, daß Festbestandteile nicht in den Sekundärluftstrom hineinragen können. Dieser Sekundärluftdurchfluß von 90 % oder mehr des maximal nötigen Durchflusses kann mit Hilfe eines Drosselorganes verändert werden. In einer Entfernung, innerhalb welcher die Rauchoxydation abgeschlossen ist, wird eine zweite Einblaszone angeordnet, durch welche höchstens 10 % der maximal notwendigen Sekundärluft in den Feuerraum geleitet wird. Dieser Luftdurchfluß ist nicht variabel. Mit Hilfe von Hochtemperatur-Thermometern wird die Rauchgastemperatur erfindungsgemäß vor und nach der zweiten Einblasstelle gemessen. Besteht hierzwischen ein Unterschied, so ist dies ein Indiz dafür, daß hinter der zweiten Einblasstelle noch eine Oxydation stattgefunden hat, daß also die Rauchverbrennung in und nach der ersten Einblasstelle nicht vollkommen gewesen war. Man kann den variablen Anteil nun so lange verändern, bis die Temperaturdifferenz an der zweiten Einblaszone nahezu Null ist. Diese Situation kann nur auftreten, wenn der Rauch in der Haupteinblaszone nahezu vollständig verbrannt ist. Selbstverständlich kann diese Temperaturdifferenz auch mit Hilfe eines Reglers aufrechterhalten werden. Die Erfindung schlägt hierfür einen Regler ohne Hilfsenergie vor.

Der Sekundärluftstrom kann an sich auf verschiedene Weise erhitzt werden. Obgleich denkbar ist, hierzu z.B. einen mit Gas geheizten Wärmeaustauscher zu verwenden, ist es erfindungsgemäß besonders zweckmäßig, die innerhalb der Feuerstätte erzeugte Verbrennungswärme des Brennstoffes hierzu zu verwenden. Diesem Ziel dient erfindungsgemäß die Maßnahme, die Feuerstätte zu isolieren, damit sie möglichst wenig Wärme verliert und innerhalb dieser isolierten Feuerstätte Wärmeaustauscher anzuordnen, mit welcher die Sekundärluft erhitzt wird und, falls notwendig, auch die Primärluft.

Eine Anordnung, bei welcher den entstehenden Verbrennungsprodukten nur soviel Wärme entzogen wird, wie zur Aufheizung der Verbrennungsluft notwendig ist, nicht jedoch weitere Wärme, welche z.B. zu Heizungszwecken genutzt wird, entwickelt innerhalb des Feuerraumes die maximal mögliche Temperatur. 3

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Die Mittel, mit welchen den erhitzten Verbrennungsprodukten Nutzwärme, z.B. zur Erzeugung von Warmluft, Warmwasser oder dergleichen, entzogen wird, können auf verschiedene Weise ausgeführt werden. Um die höchstmögliche Temperatur innerhalb des Feuerraumes herzustellen, ist es erfindungsgemäß zweckmäßig, wenn die aus dem Feuerraum entweichenden heißen Abgase bei oder vor ihrer Nutzung über die Außenwände des Feuerraummantels bzw. Reaktionsrohres geleitet werden. Auf diese Weise wird der trotz Wärmeisolierung unvermeidbare Energieverlust durch die Feuerraumwand hindurch verkleinert.

Als eine weitere Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen werden, die heißen Abgase unmittelbar nach Verlassen des Feuerraumes und bevor ihnen Nutzwärme entzogen wurde, ein aus vorzugsweise mittelkörnigem, schadstoffbindenden Granulat bestehendes geschlossenes Reaktionsbett (Schadstoffreaktor) passieren zu lassen, welches auf diese Weise eine Temperatur zwischen 700 *C und 1100’C annimmt. Bei dieser Temperatur verbindet sich z.B. erhitzter Kalk unter Bildung von Schwefelkalzium Verbindungen besonders gut mit eventuell im Rauchgas enthaltenen Schwefeloxyden, vor allem Schwefeldioxyd. Auf diese Weise kann man den Schwefelgehalt der Abgase mit geringen Mitteln senken. Aber auch andere gasförmige umweltschädliche Bestandteile des Abgases, welche mit Kalk oder anderen im Schadstoffreaktor untergebrachten Stoffen, wie Aktivkoks oder dergleichen reagieren, können von der Umwelt ferngehalten werden.

In der Zeichnung ist die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen beispielsweise veranschaulicht. Es zeigen

Fig. 1 eine Feuerstätte (Wärmeerzeuger) schematisch in einem senkrechten, rechtsseitig ausgebrochenem Schnitt,

Fig. 2 einen Teil-Querschnitt nach der Linie II - II der Fig. 1,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Feuerstätte mit herausgezeichnetem Regler,

Fig. 4 eine dritte Ausführungsform der Feuerstätte, ebenfalls mit herausgezeichnetem Regler,

Fig. 5 eine vierte Ausführungsform der Feuerstätte in ihrem mittleren Teil,

Fig. 6 einen abgebrochenen Querschnitt durch den unteren Teil der Feuerstätte nach Fig. 4, und

Fig. 7 einen abgebrochenen Querschnitt durch einen Teil der Feuerstätte nach Fig. 5.

Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Wärmeerzeuger hat einen Feuerraum 1, der sich erfindungsgemäß im Innern eines z.B. im Querschnitt viereckigen Reaktionsrohres 2 befindet, welches aus gut wärmedämmendem Material hergestellt ist, dessen mittlere Wärmeleitfähigkeit unter ca. 0,09 W/mK liegen soll. Innerhalb des Reaktionsrohres 2 vollzieht sich die gesamte Oxydation des Brennstoffes. Das Reaktionsrohr 2 umschließt einen Wärmeaustauscher 3, welcher an seinem oberen Ende über eine Rohrleitung 4 mit der zu erhitzenden Sekundärluft beschickt wird. Über nicht näher dargestellte Mittel kann der Sekundärluftdurchfluß verändert werden. Nach dem Eintritt durch die Rohrleitung 4 strömt die Sekundärluft im Wärmeaustauscher 3 erfindungsgemäß abwärts, passiert eine in diesem angeordnete Zunge 3'", wird etwa in Höhe eines Brennstoffrostes 5 entlang der Zunge 3’" wieder nach oben geführt, tritt in einem zum Wärmeaustauscher 3 gehörenden Nachheizraum 3” über und strömt durch mehrere Lochreihen 3' in den Feuerraum 1 hinein.

Im unteren Teil des Reaktionsrohres 2 befindet sich der Brennstoffrost 5, welcher über eine in der Zeichnung nicht näher dargestellte Öffnung z.B. mit Braunkohle beschichtet wird. Unterhalb des Rostes 5 ist erfindungsgemäß ein Primärluftverteiler 6 angeordnet, welcher z.B. aus Blech in Doppelschalenform ausgeführt ist. Über eine Rohrleitung 7 wird die gegebenenfalls drosselbare Primärluft in den Verteiler 6 geleitet. Von dort tritt sie über eine in der Innenschale des Verteilers 6 angeordnete geschlossene Lochreihe 6' in den Feuerraum ein.Da der untere Bereich des Verteilers 6 und ein Teil der Rohrleitung 7 mit heißen Rauchgasen in Berührung kommt, wird die Primärluft etwas erwärmt; dies begünstigt die Verbrennung und den Pyrolyseprozeß im Feuerbett. Unterhalb des Rostes 5 wird innerhalb der Innenschale des Verteilers 6 ein hier nicht näher dargestellter Aschenkasten untergebracht, der über eine angepaßte Öffnung ins Freie gezogen werden kann.

Nachdem auf den Rost 5 das Brennstoffbett aufgeschüttet und entzündet worden ist, bewegen sich die flüchtigen Brennstoffbestandteile in Form von warmem Rauch nach oben, passieren eine jetzt offene Bypassklappe 8, einen Verteiler 9 und gelangen über ein Abgasrohr 10 zum Schornstein.

Der Primärluftdurchfluß in der Leitung 7 ist auf maximale Größe eingestellt, der Sekundärluftdurchfluß in der Rohrleitung 4 auf eine der Rauchentwicklung angepaßte Größe, die am Anfang des Brennprozesses also niedrig ist.

Da das Feuerbett und der Rauch dank der Wärmedämmung durch das Reaktionsrohr 2 kaum Energie verlieren, erhitzt sich der Raum im Innern des Reaktionsrohres 2 rasch, wodurch auch die Temperatur der Sekundärluft schnell erhöht wird. Hat die Temperatur der Sekundärluft die Zündtemperatur des Rauches erreicht, dann fängt der Rauchstrom in der Höhe der Lufteinblaslöcher 3' an, zu verbrennen. Die Verbrennung ist innerhalb des Raumes zwischen den Einblaslöchern 3' und der oberen Kante des Reaktionsrohres 2 abgeschlossen, wodurch dieser Raum schnell heiß wird. 4

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Bei einer bestimmten Temperatur innerhalb des Abgasrohres 10, welche ein Maß für die Feuerleistung ist, wird die Bypassklappe 8 geschlossen, und die heißen Abgase bewegen sich erfindungsgemäß in einem Ringraum 2' um das Reaktionsrohr 2 herum nach unten; dort treten sie in einen unteren Verteiler 11 ein und gelangen über ein Rohrregister 12, über den oberen Verteiler 9 und über das Abgasrohr 10 zum Schornstein.

Bei der gesamten Strömungsbewegung nach Verlassen des Reaktionsrohres 2 umspülen die heißen Abgase wärmeübertragende Wände, auf deren anderer Seite sich z.B. Wasser zum Betrieb einer Heizung befindet. DAs Rücklaufwasser der Warmwasserheizung tritt z.B. durch eine Öffnung 13 in den Wärmeerzeuger ein, das Vorlaufwasser verläßt ihn durch Auslässe 14 und 15. Eine solche Warmwasserheizung ist nur ein vorteilhaftes Beispiel für die Ausnutzung der Abgaswärme. Oie heißen Abgase können auch auf andere Weise genutzt werden.

Es ist zwar vorteilhaft, die heißen Abgase um das Reaktionsrohr 2 herum nach unten zu lenken, um den Energieverlust durch die Wand des Reaktionsrohres hindurch zu verkleinern, jedoch kann man dasselbe Ziel auch z.B. mit dickeren Reaktionsrohrwänden erreichen. Bei einem so gestalteten Reaktionsrohr können die heißen Abgase auch am oberen Rand des Reaktionsrohres abgezogen und einer Nutzung zugeführt werden.

Es kann erfindungsgemäß zweckmäßig sein, den oberen Rand des Reaktionsrohres 2 mit einer Prallplatte 22 aus Blech teilweise abzudecken, um den Weg des brennenden Rauches (Ausbrennlänge) innerhalb des Reaktionsrohres 2 zu verlängern. Die gesamte Feuerstätte ist von einem Isoliermantel 23 umgeben, um die Wärmeverluste nach außen hin zu verkleinern.

In Fig. 3 ist eine weiterentwickelte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Das Reaktionsrohr 2,1 hat hier keinen viereckigen Querschnitt wie in Fig. 1, sondern einen runden Querschnitt. Auch die Wärmeaustauscher sind nicht einseitig wie gemäß Fig. 1 im Reaktionsrohr untergebracht, sondern rotationssymmetrisch. Statt eines Wärmeaustauschers wie in Fig. 1 sind bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 erfindungsgemäß zwei Wärmeaustauscher vorgesehen. Der Austauscher 3,1 mit seiner Rohrleitungszuführung 4,1 für den variablen Teil der Sekundärluft hat den gleichen Zweck wie der Wärmeaustauscher 2 in Fig. 2. Auch in dem Austauscher 3,1 bewegt sich die Sekundärluft zunächst abwärts, umspült eine hier rotationssymmetrische Luftumlenkung aus Blech, strömt etwa ab Höhe des Feuerrostes 5,1 wieder nach oben und tritt über eine oder mehrere geschlossene Lochreihen, welche sich in einem zentralen, den Wärmeaustauscher 3,1 abschließenden, zylindrischen Luftverteiler 3,1' befinden, in den Feuerraum 1,1 ein.

Der zweite Wärmeaustauscher 16,1, der im oberen Teil des Reaktionsrohres angeordnet ist und welcher über eine Rohrleitung 17,1 mit der freien Atmosphäre in Verbindung steht, erhitzt erfindungsgemäß einen nicht variablen Anteil der Sekundärluft, deren Durchfluß bei etwa 10 % oder weniger des maximal nötigen Durchflusses liegt. Die durch die Rohrleitung 17,1 eintretende Sekundärluft wird durch Löcher 16,1' in den Feuerraum 1,1 geleitet. Oberhalb und unterhalb der Lochreihe 16,1’ sind erfindungsgemäß die Fühler 18.1 bzw. 19,1 eines Temperaturdifferenzreglers angebracht, welcher in der rechten Zeichnungshälfte der Fig. 3 angedeutet ist. Die Fühler 18,1 und 19,1 bestehen z.B. aus zwei geschlossenen Stahlrohren, welche über angedeutete Kapillarrohre 18,2 bzw. 19,2 mit Metallbälgen 18,1’ und 19,1' verbunden sind. Die miteinander verbundenen Räume 18,1 und 18,1' bzw. 19,1 und 19,1' sind z.B. mit Stickstoff gefüllt, dessen Druck in beiden Systemen gleich hoch ist und z.B. 5 bar beträgt.

Wenn auf den Rost 5,1 ein Brennstoffbett geschichtet und angezündet ist, und das Ventil 21 des Temperaturdifferenzreglers geschlossen ist, entsteht auch hier warmer Rauch, der sich bei geöffneter Bypassklappe über das Abgasrohr 10,1 zum Schornstein bewegt. Auf diesem Weg erhitzt er die Sekundärluft in den Wärmeaustauschern 16,1 und 3,1. Ist die Temperatur der Sekundärluft genügend hoch angestiegen, dann entzündet sich der Rauch beim Passieren des Luftverteilers 16,1' und der Fühler 18,1 wird heißer als der Fühler 19,1. Dadurch wird auch der Druck in dem Metallbalg 18,1' höher als in dem Metallbalg 19,1' und die miteinander fest verbundenen Federrohrböden bewegen sich unter Öffnung des Ventils 21 nach unten, so daß Frischluft aus einem mit der freien Atmosphäre verbundenen Rohr 20 und über das Rohr 4,1 in den Wärmeaustauscher 3,1 eintritt. Nunmehr entzündet sich der Rauch bereits am Luftverteiler 3,1'.

Verbrennt der Rauch in dem Bereich zwischen den Luftverteilern 3,1' und 16,1' vollkommen, dann erhöht sich zwar die Temperatur der Fühler 18,1 und 19,1, aber die beiden Temperaturen unterscheiden sich nicht mehr. Dadurch wird das Ventil 21 wieder gedrosselt und es stellt sich ein Durchfluß in das Rohr 4.1 ein, welcher gerade so groß ist, daß zwischen den Fühlern 18,1 und 19,1 eine nur geringe Temperaturdifferenz aufrechterhalten wird. Wird diese Differenz zu Null, dann schließt das Ventil 21 vollkommen, ist die Differenz dagegen groß, dann ist das Ventil 21 vollkommen geöffnet. Der Regler wird auf eine kleine Temperaturdifferenz eingestellt. Dies stellt sicher, daß die größte Rauchmenge beim Lufteintritt 3,1' verbrannt wird und nur noch eine kleine Restmenge beim Lufteintritt 16,1’. Sind die flüchtigen Bestandteile 5 ΑΤ 400 982 Β des Brennstoffes aus dem Feuerbett vollständig ausgetrieben, dann wird die Temperaturdifferenz zwischen den Fühlern 18,1 und 19,1 ebenfalls zu Null, und das Ventil 21 ist vollständig geschlossen.

Die Bedeutung der Teile 7,1 bis 15,1 in Fig. 3 entspricht den Teilen 7 bis 15 in Fig. 1.

In der Fig. 3 ist schließlich noch ein Schadstoffreaktor 24 dargestellt. Er besteht aus einem rotationssymmetrischen Gefäß aus Lochblech oder Drahtgeflecht, welches mit einem schadstoffbindenden mittelkörnigen Granulat gefüllt ist. Das Granulat kann z.B. gebrannter Kalk sein, wenn der Brennstoff stark schwefelhaltig ist. Die chemische Reaktion zwischen Schwefeloxyden und gebranntem Kalk verläuft in einem Bereich um 800’C bis 900 *C so intensiv, daß ein großer Teil der Schwefeloxyde gebunden wird. Die Anordnung des Schadstoffreaktors 24 unmittelbar am Ausgang der Feuerstätte und bevor den Abgasen Nutzwärme entzogen wurde, stellt sicher, daß der Schadstoffreaktor diese Temperatur annimmt. Um die auf der Oberfläche des Granulates entstehenden, nicht mehr reaktionsfähigen Gipsschichten zu entfernen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Schadstoffreaktor 24 mittels nicht näher bezeichneter Einrichtungen durch kurze Drehbewegungen zu schütteln. Der Gips fällt dann auf das Feuerbett, und wenn dieses gerüttelt wird, bis in den Aschenkasten. Der Schadstoffreaktor 24 kann auch mit anderen Granulaten gefüllt sein, z.B. mit Aktivkoks, um Stickoxyde zu binden. In diesem Falle muß der Schadstoffreaktor von Zeit zu Zeit aus der Feuerstätte entfernt werden, um den gesättigten Koks gegen ungesättigten auszutauschen.

Soll aus Kostengründen auf die Einrichtung des Wärmetauschers 16,1 der Fig. 3 verzichtet werden, nicht jedoch auf die Regelung der Sekundärluft, so kann der Fühler 19,1 auch unterhalb der Einblasstelle 3,1’ angeordnet werden, während der Fühler 18,1 in einer Entfernung oberhalb von 3,1', innerhalb welcher die Rauchoxydation vollendet ist, angeordnet wird. Das Stellglied des Reglers, bestehend aus dem Ventil 21 und den beweglichen Federrohrböden der Metallbälge 18,1' und 19,1', darf dann nie vollständig schließen. Beispielsweise mit Hilfe eines Anschlages muß dafür gesorgt werden, daß ein Mindestdurchfluß von 10 % und weniger des maximal notwendigen Sekundärluftdurchflusses den Luftverteiler 3,1' immer passieren kann. Überschreitet die Temperaturdifferenz zwischen den Fühlern 18,1 und 19,1 einen vorgegebenen kleinen Wert, z.B. 10-20 " K, so öffnet der Regler innerhalb einer Temperaturdifferenz, die durch die Konstruktion des Ofens und den Brennstoff vorgegeben ist, vollständig. Die Temperatur, bei der die vollständige Öffnung stattfindet, ergibt sich aus der Wärmeleistung, welche bei der Verbrennung der maximal möglichen Rauchmenge mit der dazugehörigen Sekundärluftmenge entsteht. Diese Temperaturdifferenz kann bis zu 600 * K betragen.

Gegenüber der Anordnung mit nur einer Einblasstelle besitzt die Anordnung nach Fig. 3 unter anderem den Vorteil, daß sie relativ unabhängig von der Ofenkonstruktion und dem verwendeten Brennstoff ist.

Die Fig. 4 bis 7 zeigen Anordnungen mit drei Wärmeaustauschern. Einer dient der Erzeugung des konstanten MindestSekundärluftdurchflusses, ein zweiter der Erzeugung des variablen Sekundärluftdurchflusses und ein dritter schließlich der Erzeugung von hocherhitzter Primärluft. Primärluft, die so heiß ist, daß sie die Zündtemperatur des festen Brennstoffanteiles überschreitet, bewirkt eine besonders hohe Feuerleistung auf kleinem Raum.

Der Fig. 4 ist die Fig. 6 zugeordnet, welche einen Schnitt durch die Fig. 4 etwas oberhalb von 3,2' zeigt. In Anlehnung an die Numerierung in den Hg. 1 bis 3 bedeutet 2,2 das hier runde, isolierende Reaktionsrohre, 1,2 den Feuerraum, 16,2 den Wärmeaustauscher für den festen Sekundärluftanteil mit dem Zuführungsrohr 17,2, 3,2 den Wärmeaustauscher für den variablen Sekundärluftdurchfluß mit der Zuführung 4,2, und 6,2 dem mit großer Oberfläche versehenen Wärmeaustauscher für die Primärluft mit seiner Rohrzuführung 7,2.

Die Primärluft wird erfindungsgemäß in drei Lochreihen 6,2' dem Feuerbett zugeführt.Während die unter dem Feuerrost 5,2 angeordnete Lochreihe ebenso wirkt wie die Lochreihe 6' in Fig. 1, führen die beiden oberen Lochreihen die Primärluft in das brennende Feuerbett, was zu einer intensiven Feststoffverbrennung von außen nach innen führt. Alle anderen, teilweise nicht numerierten Teile in den Fig. 4 bis 7, welche der Nutzwärmeerzeugung oder der Sekundärluftregelung dienen, entsprechen den gleichgezeichneten Teilen in den Fig. 1 bis 3.

Die Fig. 5 und 7, von denen Fig. 7 einen Schnitt durch Fig. 5 oberhalb der variablen Sekundärluftzuführung darstellt, zeigen schließlich noch ein Reaktionsrohr 2,3 in Form eines langgestreckten Rechteckes. Diese Form ist für hohe Feuerleistung geeignet.

Erfindungsgemäß soll der Rauchstrom, der sich an einem Luftverteiler vorbeibewegt, bei einem Schornsteinzug von 1 mm WS nicht dicker sein als etwa 20-30 cm bzw. 40-60 cm, wenn sich auf beiden Seiten des Rauchstromes Sekundärlufteinleitungen befinden. Aus diesem Grunde wird bei allen Ausführungsformen die Sekundärluft erfindungsgemäß in eine Rauchstromverengung geblasen. Wählt man für das Reaktionsrohr eine runde Form, so ist damit auch gleichzeitig eine maximale Feuerleistung vorgegeben. Bei einem langgestreckt rechteckigen Reaktionsrohr kann man dagegen die Verbrennungsluft über Kanalleisten, 6

Claims (6)

1. AT 400 982 B wie sie in den Fig. 5 und 7 gezeichnet sind, dem Feuerraum zuführen. Die Bedeutung der Teile 3,3 4,3 17,3 16,3 1,3 2,3 7,3 6,3 3,3 3,3’ 6,3’ und 5,3 entsprechen den ähnlich bezeichneten Teilen in Fig. 4 und 6. Sieht man in einer solchen langgestreckten, rechteckigen Reaktionsrohrform einen Schadstoffreaktor 24' vor, so wird dieser die Form eines langgestreckten Zylinders aus Lochblech oder Drahtgitter haben müssen. Ein langgestreckter Zylinder läßt sich besonders leicht durch die Wand des Wärmeerzeugers hindurch drehen, um die Oberflächen des schadstoffbindenden Granulats zu säubern. Auch eine Entfernung der Schadstoffreaktortrommel aus dem Feuerraum ist hier einfacher als bei einem Reaktor nach Fig. 3. Hat man es mit einer besonders kleinen Feuerleistung zu tun, dann ist es auch möglich, die Sekundärluft ohne Verengung in den Feuerraum zu blasen, ähnlich wie in Fig. 4 die Primärluft zugeführt wird. Im übrigen beschränkt sich die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen und in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungen, sondern sie umfaßt auch alle Varianten im Rahmen der wesentlichen Erfindungsmerkmale. Patentansprüche 1. Feuerstätte für gasreiche Festbrennstoffe, mit einer Primärluftzuführung zum Zuführen von Primärluft zur Verbrennung der festen Bestandteile des Brenngutes, einer Sekundärluftzuführung zum Zuführen von Sekundärluft zur Verbrennung der flüchtigen Bestandteile des Brenngutes und einer Einrichtung zum Vorerhitzen der Sekundärluft auf eine Temperatur, welche mindestens die zur Verbrennung der flüchtigen Bestandteile erforderliche Zündtemperatur hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärluftzuführung eine erste Sekundärlufteinleitung (16.1*), durch die ein nicht-variabler, höchstens 10 % der gesamten maximal notwendigen Sekundärluft betragender Teil zuführbar ist, und eine zweite Sekundärlufteinleitung (3.1') aufweist, durch die ein zwischen 0 % und 90 % oder mehr der gesamten maximal notwendigen Sekundärluft einstellbarer Teil der Sekundärluft zuführbar ist, und daß ein Temperaturdifferenzregler (18.1, 19.1) zum Regeln des Sekundärluftdurchflusses durch die zweite Sekundärlufteinleitung in Abhängigkeit von der Differenz der Temperaturen des Rauchgasstromes vor und hinter der ersten Sekundärlufteinleitung (16.1’) vorgesehen ist.
2. 2. Feuerstätte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Sekundärlufteinleitung (16.1') rauchstromabwärts von der zweiten Sekundärlufteinleitung (3.1') angeordnet ist.
3. 3. Feuerstätte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Sekundärlufteinleitung (16.1') so weit von der näher am Feuerbett liegenden zweiten Sekundärlufteinleitung (3.1) rauchstromabwärts liegt, daß innerhalb des Abstandes zwischen der zweiten Sekundärlufteinleitung (3.1') und der ersten Sekundärlufteinleitung (16.1') die flüchtigen Bestandteile des Brenngutes vollständig verbrennen.
4. 4. Feuerstätte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzungseinrichtung für die Sekundärluft einen ersten Wärmetauscher (16.1) für den durch die erste Sekundärlufteinleitung (16.1') und einen zweiten Wärmeaustauscher (3.1) für den durch die zweite Sekundärlufteinleitung zugeführten Teil der Sekundärluft aufweist.
5. 5. Feuerstätte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturdifferenzregler ein System von zwei gegeneinander geschalteten Gasdruck-Temperaturreglern (18.1' und 19.1') aufweist, welche ein Reglerstellglied (20) schließen, wenn die Temperatur der Fühler (18.1' und 19.1') der beiden Systeme gleich groß ist.
6. 6. Feuerstätte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Rauchgasstrom Verengungen, in welchen die beiden Teile der Sekundärluft beidseitig des Rauchstromes eingespeist werden. Hiezu 5 Blatt Zeichnungen 7