AT404507B - Zentralheizungskessel - Google Patents

Description

AT 404 507 B

Die Erfindung betrifft einen Zentralheizungskessel für feste Brennstoffe, insbesondere Holz, mit einem Fülllraum für die Brennstoffe, einer Brennkammer, einer Nachverbrennungskammer und einer Rauchgasführung, die mit einem Saugzuggebläse mit Kaminanschluß in Verbindung steht, wobei die Brennkammer unten an den Füllraum anschließt, die Nachverbrennungskammer durch einen über der Rostoberfläche 5 mündenden Schacht mit der Brennkammer verbunden ist, mit gesonderten Einlässen verbundene Primärluftzuführungen für die Brennkammer und Sekundärluftzuführungen für die Nachverbrennung vorgesehen sind, und die Brennkammer, Nachverbrennungskammer und auch der Rauchgasführungsraum Heizflächen des Kessels aufweisen.

Der grundsätzliche Vorteil derartiger Kessel besteht darin, daß die Verbrennung durch die Verwendung io des Saugzuggebläses weitgehend unabhängig vom momentanen Kaminzug wird, wobei insbesondere beim Anheizvorgang ein ausreichend starker Zug eingestellt werden kann, um rasch die volle Kesselleistung durch entsprechenden Abbrand zu erzielen. Bei den bekannten Zentraiheizungskesseln wird beispielsweise über einen Kesselthermostaten die dem Kessel zuführbare Gesamtluftmenge gemeinsam geregelt, wobei sich je nach dem Füllungsgrad des Füllraumes, der Glutstockhöhe in der Brennkammer der vom Material 75 abhängigen Dichte des Glutstockes und auch auf Grund weiterer Faktoren unterschiedliche Aufteilungen zwischen Primär- und Sekundärverbrennungsluft ergeben. Bei einer Zufuhr der Primärverbrennungsluft durch den Rost allein kommt es zu einer ungleichmäßigen Glutstockbildung in der Brennkammer, wobei meist die Höhe des Glutstockes von der Lufteinlaßseite gegen den zur Nachverbrennungskammer führenden Schacht hin ansteigt. Besonders bei stark ausgasenden Brennstoffen sollte die Nachverbrennung der 20 brennbaren Gase in der Nachverbrennungskammer innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereiches stattfinden, wobei diese Verbrennungstemperatur bei Vollast nicht über 900 *C und bei Teillast möglichst nicht unter 700 bis 800 *C betragen sollte, weil beim Über-oder Unterschreiten der Verbrennungstemperatur sowohl eine unvollständige Verbrennung möglich ist, als auch der Schadstoffausstoß unzulässig bzw. unerwünscht hohe Werte erreichen kann. Zu hohe Temperaturen bei der Nachverbrennung können beim 25 Überschreiten der zulässigen Feuerungsleistung, also einem zu hohen und heißen Glutstock in der Brennkammer und auch bei einer dabei zu geringen Menge an zugeführter Sekundärverbrennungsluft auftreten. Umgekehrt können zu niedrige Nachverbrennungstemperaturen Vorkommen, wenn zu viel Sekundärverbrennungsluft und zu wenig Primärverbrennungsluft zugeführt wird. Weitere entsprechende Probleme ergeben sich bei einer ungleichmäßigen Qualität, z.B. verschiedenem Wassergehalt und Heizwert bzw. 30 stark unterschiedlicher Stückgröße der Brennstoffe und, extrem, bei einem Wechsel des Brennstoffes oder bei einem Mischbetrieb mit verschiedenen festen Brennstoffen.

Aus dem Prospekt "RENDL Heizkessel BIOCAL - Der Kessel für feste Brennstoffe" Oktober 1987 ist ein ähnlicher Zentralheizungskessel bekannt, bei dem allerdings zufuhrseitig in der Primärluftzuführung ein von einer zentralen Steuereinheit in Abhängigkeit von der Kesseltemperatur, also der Wassertemperatur, 35 geregeltes Druckgebläse vorgesehen ist. Oberhalb des Verbrennungsraumes mündet ein Einlaß für eine Sekundärluftzufuhr, die hier insbesondere für die Verbrennung von Schwelgasen eingesetzt wird. Weitere Sekundärluftzuführungen in Form von Injektorrohren sind in den Übergangsbereich von der Brennkammer in die Nachverbrennungskammer geführt. Neben den schon beschriebenen Nachteilen der rein von der Kesseltemperatur abhängigen Regelung ergibt sich hier der zusätzliche Nachteil, daß die Sekundäriuftzu-40 fuhr für sich nicht einstellbar ist, sondern Jeweils nur vom Verbrennungszustand im Kessel und der Ansaugwirkung durch die über das Gebläse zugeführte Primärverbrennungsluft abhängt, so daß z.B. bei dem Herabregeln der Kesselleistung ein Schwelgasüberschuß entstehen kann, dem nur eine ungenügende Menge an Sekundärverbrennungsluft zugeführt wird, so daS sich eine unvollständige Verbrennung ergibt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Zentralheizungskessel der eingangs genannten Art zu verbessern 45 und insbesondere einen Kessel zu schaffen, bei dem die Glutstockhöhe in der Brennkammer last- und brennstoffabhängig geregelt werden kann, wobei ein gleichmäßiger Glutstock erzielt wird und wobei ferner auch die Nachverbrennung bei Voll- und Teillastbetrieb in engen Grenzen auf zulässige Temperaturwerte, die eine schadstoffarme Verbrennung ergeben, eingeregelt werden kann. Eine Teilaufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Zentralheizungskessels, der einfach bedienbar ist und bei dem bei so Brennstoffwechsel und beim Anheizen bzw. bei der Abschaltung der Kesselfeuerung nur geringe Schadstoffbelastungen der Umwelt auftreten und diese Vorgänge auch mit einfachen Mitteln eingeregelt werden können.

Die gestellte Hauptaufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für die gesonderten Lufteinlässe der Primärluftzuführungen und der Sekundärluftzuführungen über Stellmotoren gesondert einstellbare 55 Regelklappen vorgesehen sind, daS eine, wie an sich bekannt, zur Regelung des Saugzuggebläses dienende, mit wenigstens einem Temperaturfühler verbundene zentrale Steuereinrichtung mit einem Fühler für die Verbrennungstemperatur verbunden ist und daS diese Steuereinrichtung nach einem last- oder brennstoffabhängig für diese Verbrennungstemperatur vorgebbaren Sollwert das Saugzuggebläse schaltet 2

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Im Gegensatz zu den bekannten Kesseln, bei denen die Verbrennung nach der Wassertemperatur im Kessel beeinfluBt wird, wird erfindungsgemäß in erster Linie nach der Verbrennungstemperatur selbst geregelt. Diese Verbrennungstemperatur wird wenigstens in der Nachverbrennungskammer erfaßt. Vorzugsweise sind aber auch entsprechende Temperaturfühler in der Brennkammer vorgesehen, wo auch weitere Fühler die momentane Glutstockhöhe in der Brennkammer erfassen können. Zusätzlich kann die Steuereinrichtung zugleich als Regler für die Warmwasserzentralheizungsanlage selbst ausgeführt sein, wobei dann mit dieser Steuereinrichtung auch Fühler für die Kesseltemperatur, die Vor-und Rücklauftemperaturen der Zentralheizungsanlage, Außen-und Innentemperaturfühler usw. verbunden sein können und die zentrale Steuereinrichtung auch Mischventile, Umwälzpumpen usw. der Zentralheizungsanlage steuert. Abhängig vom Leistungsbedarf der Zentralheizungsanlage kann hier umgekehrt auch eine Steuerung der Kesselleistung vorgenommen werden, so daS dann die Kesselleistung nicht oder nicht allein abhängig von der Wassertemperatur im Kessel eingeregelt wird.

Durch die gesonderte Regelung der Primär- und Sekundärluft können Glutstockhöhe und Nachverbrennungstemperatur unter Einbeziehung des ebenfalls regelbaren Zuges über das Saugzuggebläse gesondert auf den für den jeweiligen Verbrennungsvorgang und die Leistungsanforderungen günstigsten Wert eingeregelt werden. Dabei kann man bis zu einem vorgegebenen Teillastbereich eine kontinuierliche Verbrennung vorsehen und nur die Stärke dieser Verbrennung regeln. Im unteren Teillastbereich besteht aber auch die Möglichkeit einer intermittierenden Regelung, wobei die Primärluftzufuhr in den Pausen weitgehend geschlossen wird und nur die Sekundärluftzufuhr geöffnet bleibt, so daß die Verbrennung in der Brennkammer stark gedrosselt ist. In den Arbeitsphasen wird dann eine Verbrennung eingeregelt, die dem höheren Teillast- bzw. Vollastbereich entspricht, also schadstoffarm und mit gutem Wirkungsgrad möglich ist. Die Effektivleistung des Kessels ergibt sich hier durch das gewählte Verhältnis zwischen Pausenzeiten und Vollbetriebszeiten.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß in der von den Lufteinlässen ausgehenden Primär-und Sekundärluftzufuhr zusätzliche und unabhängig von den Regelklappen, insbesondere von Hand aus betätigbare Stelleinrichtungen, z.B. Schieber, zur last- oder brennstoffabhängigen Voreinstellung des möglichen Luftdurchsatzes vorgesehen sind. Eine andere Möglichkeit besteht darin, bei Verwendung einer aufwendigeren Steuereinrichtung mit Rechner im Arbeitsspeicher dieses Rechners verschiedene Arbeitsprogramme für unterschiedliche Lastverhältnisse und bzw. oder unterschiedliche Brennstoffe vorzuspeichern und einen Regelschalter vorzusehen, mit dem das entsprechende Programm aktiviert werden kann. Hier würden im Teillastbetrieb bzw. bei Brennstoffwechsel die möglichen Öffnungsstellungen der Regelklappen über das Programm vorgegeben.

Nach einer einen besonders günstigen, schadstoffarmen Abbrand gewährleistenden Weiterbildung wird vorgesehen, daß die Brennkammer, die Nachverbrennungskammer und die Begrenzungswände eines diese Kammern verbindenden Übergangsschachtes aus wärmespeichemdem bzw. -isolierendem Material bestehen, in den Wänden der Brennkammer mit Abstand oberhalb des Rostes zusätzliche Einlässe für die über zugeordnete mit Stellmotoren versehene Regelklappen gesonderte regelbare Zufuhr von Primärverbrennungsluft münden. Die Verbrennung und Nachverbrennung wird durch die erreichbaren hohen Temperaturen der Wandungen begünstigt. Über die bei den zusätzlichen Einlässen für die Primärverbrennungsluft zugeführte Verbrennungsluft und die Einstellmöglichkeit des Verhältnisses der oben und unten zugeführten Primärverbrennungsluft kann man die Glutstockhöhe einstellen und überdies die Glutstockbildung vergleichmäßigen.

Eine gute Durchmischung der Sekundärverbrennungsluft mit den ausgetriebenen Gasen, die es ermöglicht, mit keinem oder nur geringem Überschuß an Sekundärverbrennungsluft zu arbeiten, wird erreicht, wenn der bzw. wenigstens ein Durchlaß der Sekundärverbrennungsluft vor der Nachverbrennungskammer im Boden des Übergangsschachtes mündet.

Es wurde schon erwähnt, daß es vorteilhaft ist, wenn der Brennkammer Fühler zur Erfassung der momentanen Glutstockhöhe zugeordnet sind, so daß die Steuereinrichtung über die Regelklappen und das Saugzuggebläse die Glutstockhöhe auf einen brennstoff- oder lastabhängigen Sollwert einregelt.

Der momentane Betriebszustand kann auch für sich oder zusätzlich dadurch erfaßt werden, daß in der Wand der Brennkammer bzw. des Füllraumes oder in der Decke des Füllraumes Temperaturfühler vorgesehen sind.

Eine vorteilhafte Ausführung mit einem aufwendigeren Regler zeichnet sich dadurch aus, daß die gegebenenfalls mit zusätzlichen Fühlern für die Temperatur des Heizungswassers, des Rauchgases und die Oberffächentemperatur oder -helligkeit des Glutstockes verbundene zentrale Steuereinrichtung einen Rechner mit Programmspeicher aufweist, wobei im Programmspeicher last- oder brennstoffabhängige Betriebs- 3

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Programme für den Dauerbetrieb und wenigstens je ein Start-und ein Stillsetzungsprogramm gespeichert und diese Programme über Wähleinrichtungen zur momentanen Steuerung des Kessels abrufbar sind.

Bei einem Startprogramm kann beispielsweise das Gebläse auf Volleistung geschaltet werden, wobei die Verbrennungsluftregelung zunächst nur auf ein möglichst rasches Erreichen der gewünschten Glutstockhöhe erfolgt. Sollte dabei die Kesseltemperatur über den Vorgabewert hinaus ansteigen, wird man die Zentralheizung auf verstärkte Wärmeabgabe einstellen, was beispielsweise durch entsprechende Regelung des Mischventiles oder der Umwälzpumpe möglich ist.

Zusätzlich kann man bei der erfindungsgemäßen Ausführung eine "Naehfüllsteuerung" für den Füllraum vorsehen, die z.B. über einen Kontakt der Füllklappe oder Fülltür dieses Füllraumes aktiviert wird und bei der die Steuereinrichtung die Primär- und Sekundärluftzufuhr während des Öffnens der Nachfüllklappe schlieSt, dafür aber das Gebläse auf volle Leistung schaltet, so daB Schwelgase aus dem Füllraum abgesaugt werden und nicht in den Heizungsraum austreten können.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung besteht darin, daß ein Stillsetzungsprogramm abhängig von durch die Fühler erfaßtem Absinken der Wasser- oder Rauchgastemperatur und bzw. oder - bei Brennstoffmangel - bei einem Absinken der Glutstocktemperatur oder -helligkeit bzw. der Wand- oder Deckentemperatur von Füllraum oder Brennkammer jeweils unter einen charakteristischen Vorgabewert aktivierbar ist, wobei der Regler nach diesem Programm das Saugzuggebläse abschaltet und alle von ihm gesteuerten Luftklappen für die Lufteinlässe der Primär- und Sekundärluftzufuhr schließt, so daß im Feuerungsraum ein Restglutstock für eine neuerliche Inbetriebnahme des Kessels über längere Zeiträume, z.B. 24 Stunden, hinweg erhalten bleibt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes entnimmt man der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht. Es zeigen

Fig. 1 einen Zentralheizungskessel mit geöffneter Vorderwand und abgenommenen Füll- und Reinigungstüren in Vorderansicht,

Fig. 2 eine entsprechende Seitenansicht des Kessels nach Fig. 1,

Fig. 3 den Kessel nach Fig. 1 im Mittelschnitt und

Fig. 4 einen parallel zur Ansicht nach Fig. 2 geführten Längsschnitt, wobei die wesentlichen Teile in den Fig. 1-4 jeweils nur im Schema veranschaulicht wurden.

Der Kessel 1 besitzt in üblicher Weise einen Wassermantel 2, mit dem Heizflächen in wärmeleitender Verbindung stehen, wobei Teile des Wassermantels auch die einzelnen Räume bzw. Kammern des Kessels umgeben.

Ein über eine Beschickungstür 3 erreichbarer Füllraum 4 reicht über die Tiefe des Kessels. Eine Brennkammer 6 schließt unten an den Füllraum 4 an, reicht ebenfalls im wesentlichen über die Kesseltiefe und steht über einen Obergangsschacht 7 mit einer Nachverbrennungskammer 8 in Verbindung, die einen nach oben in einen Rauchgasführungsraum 10 gerichteten Auslaß 11 besitzt, wobei die Flamme auch aus dem Auslaß 11 herausbrennen wird. Mit Abstand vom Auslaß 11 ist eine Mehrfachschikane 12 zur Flammen- und Rauchgasumleitung vorhanden, die Uber eine Hutze 13 an den Einlaß eines mit einem Außenmotor 5 versehenen Saugzuggebläses 14 anschließt und die angesaugten Gase in einen Kaminanschluß 25 leitet.

Die Brennkammer 6, die Nachverbrennungskammer 8 und der Übergangsschacht 7 bestehen aus wärmeisolierendem bzw. wärmespeicherndem Material. Auch ein entsprechender Rost 15 der Brennkammer 6 ist aus wärmespeicherndem Material ausgebildet, könnte aber auch als wasserführender Rost ausgeführt werden. Die Brennkammer 6 besitzt zusätzlich im Abstand vom Rost 15 Einiässe 16, 17, wobei für den Rost 15 und die Einiässe 17 eine gemeinsame Öffnung 18 zur Zufuhr von Primärverbrennungsluft vorgesehen ist. Ein weiterer Zufuhrweg 19 für Primärverbrennungsluft reicht um die Brennkammer 6 und steht mit den Enlässen 16 in Verbindung. Ein weiterer Führungsweg 24 für Sekundärverbrennungsluft reicht unter die Nachverbrennungskammer 8 und ist mit stehenden Durchlässen 20 verbunden, die im Seitenschacht 7 knapp vor der Nachverbrennungskammer 8 münden. Der Wassermantel 2 weist in üblicher Weise Anschlüsse 21, 22 für den Warmwasservor- und -rücklauf auf.

Wenigstens in der Nachverbrennungskammer 8 ist ein Temperaturfühler 23 zur Erfassung der Verbrennungstemperatur in bzw. aus dieser Nachverbrennungskammer 8 bzw. im Flammen-Rauchgasführungsraum 10 vorgesehen Weitere Fühler können die Glutstockhöhe in der Brennkammer 6, die Gluttemperatur oder -helligkeit, die Rauchgastemperatur im Kaminanschluß 25 und die Wassertemperatur im Wassermantel 2 erfassen. Eine zentrale Steuereinheit ist mit allen diesen Fühlern verbunden und steuert nach vorgebbaren gespeicherten Programmen den Betrieb des Saugzuggebläses 14 und Regelklappen, die die Luftzufuhr an der Öffnung 18 und am Zufuhrweg 19 zu den Einlässen 16 der zweiten Primäriuftzufuhr und zum Führungsweg 24 der Sekundärluftzuführung individuell regeln. Diese Klappen sind mit Stellmotoren ausge- 4

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1. AT 404 507 B stattet. Ferner kann für jede einzelne Luftzuführungseinrichtung eine gesonderte Drosseleinrichtung vorgesehen werden, mit deren Hilfe der maximale Luftdurchsatz für die beiden aus den Öffnungen 18 und dem Führungsweg 19 bestehenden Primärluftzuführungen und für die Sekundärluftzufuhr über den Führungsweg 24 gesondert eingestellt werden kann, um so eine Anpassung an den momentanen Leistungsbedarf, z.B. eine Umstellung von Vollast auf Teillast im Frühjahr, und an den jeweils verwendeten Brennstoff zu ermöglichen. Mögliche Steuerprogramme und Betriebsweisen für den Kessel wurden in der allgemeinen Beschreibung ausführlich erläutert. Patentansprüche 1. Zentralheizungskessel für feste Brennstoffe, insbesondere Holz, mit einem Füllraum für die Brennstoffe, einer Brennkammer, einer Nachverbrennungskammer und einer Rauchgasführung, die mit einem Saugzuggebläse mit Kaminanschluß in Verbindung steht, wobei die Brennkammer unten an den Füllraum anschließt, die Nachverbrennungskammer durch einen oberhalb der Rostoberfläche mündenden Schacht mit der Brennkammer verbunden ist, mit gesonderten Einlässen verbundene Primärluftzuführungen für die Brennkammer und Sekundärluftzuführungen für die Nachverbrennung vorgesehen sind, und die Brennkammer, die Nachverbrennungskammer und auch der Rauchgasführungsraum Heizflächen des Kessels aufweisen, dadurch gekennzeichnet daß für die gesonderten Lufteinlässe (18, 19, 24) der Primärluftzuführungen (Rost 15, Auslässe 16, 17) und der Sekundärluftzuführungen (Durchlässe 20) über Stellmotoren gesondert einstellbare Regelklappen vorgesehen sind, daß eine, wie an sich bekannt, zur Regelung des Saugzuggebläses (14) dienende, mit wenigstens einem Temperaturfühler (23) verbundene zentrale Steuereinrichtung mit einem Fühler für die Verbrennungstemperatur verbunden ist und daß diese Steuereinrichtung nach einem last- oder brennstoffabhängig für diese Verbrennungstemperatur vorgebbaren Sollwert das Saugzuggebläse (14) schaltet bzw., wie an sich bekannt, über die Drehzahl regelt und zusätzlich die Stellmotoren für die Regelklappen gesondert steuert.
2. 2. Zentralheizungskessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der von den Lufteinlässen (18, 19, 24) ausgehenden Primär- und Sekundärluftzufuhr zusätzliche und unabhängig von den Regelklappen, insbesondere von Hand aus, betätigbare Stelleinrichtungen, z.B. Schieber, zur last- oder brennstoffabhängigen Voreinstellung des möglichen Luftdurchsatzes vorgesehen sind.
3. 3. Zentralheizungskessel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (6), die Nachverbrennungskammer (8) und die Begrenzungswände eines diese Kammern verbindenden Übergangsschachtes (7) aus wärmespeicherndem bzw. -isolierendem Material bestehen, in den Wänden der Brennkammer (6) mit Abstand oberhalb des Rostes (15) zusätzliche Einlässe (16) für die über zugeordnete, mit Stellmotoren versehene Regelklappen gesondert regelbare Zufuhr von Primärverbrennungsluft münden.
4. 4. Zentralheizungskessel nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß der bzw. wenigstens ein Durchlaß (20) der Sekundärverbrennungsluft vor der Nachverbrennungskammer (8) im Boden des Übergangsschachtes (7) mündet.
5. 5. Zentralheizungskessel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennkammer (6) Fühler zur Erfassung der momentanen Glutstockhöhe zugeordnet sind, so daß die Steuereinrichtung über die Regelklappen und das Saugzuggebläse (14) die Glutstockhöhe auf einen brennstoff- oder lastabhängigen Sollwert einregelt.
6. 6. Zentralheizungskessel nach Ansprüche 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet daß in der Wand der Brennkammer (6) bzw. des Füllraumes (4) oder in der Decke des Füllraumes Temperaturfühler vorgesehen sind.
7. 7. Zentralheizungskessel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß die gegebenenfalls mit zusätzlichen Fühlern (23) für die Temperatur des Heizungswassers, des Rauchgases und die Oberflächentemperatur oder -helligkeit des Glutstockes verbundene zentrale Steuereinrichtung einen Rechner mit Programmspeicher aufweist, wobei im Programmspeicher last- oder brennstoffabhängige Betriebsprogramme für den Dauerbetrieb und wenigstens je ein Start- und ein Stillsetzungs- 5 AT 404 507 B Programm gespeichert und diese Programme über Wähleinrichtungen zur momentanen Steuerung des Kessels (1) abrufbar sind.
8. 8. Zentralheizungskessel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß ein Stillsetzungsprogramm abhängig von durch die Fühler (23) erfaßtem Absinken der Wasser· oder Rauchgastemperatur und bzw. oder - bei Brennstoffmangel - bei einem Absinken der Glutstocktemperator oder -helligkeit oder der Wand oder Deckentemperatur von Füllraum (4) und Brennkammer (6) jeweils unter einen charakteristischen Vorgabewert aktivierbar ist, wobei der Regler nach diesem Programm das Saugzuggebläse (14) abschaltet und alle von ihm gesteuerten Luftklappen für die Lufteinlässe (18, 19, 24) der Primär-und Sekundärluftzufuhr schließt, so daß im Feuerungsraum (6) ein Restglutstock für eine neuerliche Inbetriebnahme des Kessels (1) über längere Zeiträume hinweg erhalten bleibt. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen