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Die Erfindung betrifft einen Ofen zur Befeuerung mit festem Brennstoff mit einem Füllschacht, dessen unteres Ende einen Abbrandbereich bildet, so dass der Abbrandbereich von oben mit Brenngut versorgbar ist, wobei der Abbrandbereich an ein Flammrohr grenzt und unten von einem drehbaren Rost begrenzt ist, der mindestens eine feuerfeste Scheibe aufweist, wobei eine im Abbrandbereich befindliche Brenngutglut auf einem Teilbereich der Stirnfläche der feuerfesten Scheibe aufliegt und während des Betriebes des Ofens Verbrennungsrückstände und gegebenen- falls Brenngutverunreinigungen in eine unterhalb des Abbrandbereiches angeordnete Aschen- kammer transportierbar sind.
Im Vergleich zu flüssigen und gasförmigen Brennstoffen ist es bei der Feuerung von festen Brennstoffen wie beispielsweise Stückholz, Kohle, Torf, Holzschnitzel und Holzspäne sehr schwie- rig, einen gleichmässigen und vollständigen Abbrand des Brennstoffes zu erzielen. Bekannte Heiz- kessel bzw. Öfen sind sogenannte Durchbrandkessel bzw.-öfen bei denen die gesamte in einem Brennraum befindliche Brennstoffmenge nach und nach in Glut gerät. Aus diesem Grund treten hier verschiedene Glutintensitäten auf, die folglich zu Leistungsschwankungen des Heizkessels bzw. Ofens führen, die eine Absenkung des Brennstoffnutzungsgrades und infolgedessen eine Verschlechterung der Abgaswerte verursachen.
Ein weiterer Nachteil der oben genannten bekannten Kessel bzw. Öfen besteht darin, dass zur vollständigen Beseitigung der Asche aus dem Brennraum, die manuell vorgenommen werden muss, ein Unterbrechen der Brennstoff-Feuerung erforderlich ist. Aufgrund dessen entspricht auch der Bedienungskomfort von mit festem Brennstoff beschickten Heizkesseln trotz der Verfügbarkeit von automatischen Brennstoff-Beschickungsvorrichtungen nicht dem heute geforderten Standard.
Das Problem der automatischen Austragung der bei der Verbrennung von festem Brennstoff zu- rückbleibenden Asche aus dem Brennraum ist bislang nicht zufriedenstellend gelöst.
Ein Ofen der eingangs genannten Art ist aus der DE 2 117 798 A bekannt. Bei dem in dieser Druckschrift beschriebenen Ofen werden durch Drehen eines Rostes Brennstoff in einen Brenn- raum sowie Verbrennungsrückstände und ggf. Brennstoffverunreinigungen in eine einer Verbren- nungszone nachgeordnete Verbrennungskammer transportiert. Aus dieser müssen die Verbren- nungsrückstände und ggf. Brennstoffverunreinigungen mühsam über Putzöffnungen manuell entfernt werden. Dies bedingt Stillstandszeiten des Ofens und aufwendige Reinigungsarbeiten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Ofen zur Befeuerung mit festem Brenn- stoff zu entwickeln, der einen gleichmässigen und vollständigen Abbrand des Brennstoffes ermög- licht. Darüber hinaus soll dieser Ofen einen den heute geltenden Anforderungen genügenden Bedienungskomfort aufweisen und einen permanenten Heizbetrieb mit möglichst wenigen manuel- len Eingriffen zulassen.
Diese Aufgabe wird durch einen Ofen zur Befeuerung mit festem Brennstoff gelöst, der da- durch gekennzeichnet ist, dass an der dem Flammrohr gegenüberliegenden Seite des Füllschach- tes ein Spalt vorgesehen ist, wobei jener Teilbereich der Stimfläche des drehbaren Rostes, auf dem sich die Brennstoffglut befindet, zum Spalt hin bewegbar ist, sodass Verbrennungsrückstände und gegebenenfalls Brennstoffverunreinigungen zumindest teilweise durch den Spalt hindurch in die Aschenkammer transportierbar sind.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung weist der drehbare Rost mehrere feuerfeste Scheiben auf, die auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind. Der drehbare Rost kann erfindungsgemäss aber auch eine einzige aus feuerfestem Material gefertigte als Walze oder Trommel ausgebildete Scheibe aufweisen. Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der drehbare Rost eine exzentrische Achse aufweist, die eine Variation der Grösse des Spaltes zwi- schen dem Rost und der gegenüberliegenden Seitenwand des Füllschachtes bewirkt.
Der Ofen ist ferner erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass die Längsmittelachse des Flammrohres in einem Winkel kleiner 90 Grad zur Längsmittelachse des Füllschachtes verläuft und dass zwischen dem Abbrandbereich und dem Flammrohr Flammführungswandungen vorgesehen sind, die in das Flammrohr hineinreichen und eine schraubenförmige Ablenkung der Flammen bewirken.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass Primärverbrennungs- luft über Öffnungen im Füllschacht und in der Aschenkammer zuströmt. Gemäss eines weiteren Merkmales der Erfindung weist das Flammrohr eine Öffnung auf, über die Sekundärluft einströmt.
Dabei ist erfindungsgemäss die Öffnung für die Sekundärluft unmittelbar an der Einmündung des
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Flammrohres in den Abbrandbereich angeordnet.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind im Flammrohr eine Mehrzahl von aus feuerfestem Material gefertigten Teilen angebracht, die eine Verwirbelung der Sekundärluft mit den Verbrennungsgasen bewirken. Schliesslich besteht ein weiteres Merkmal der Erfindung darin, dass durch Drehen des Rostes im Abbrandbereich in entgegengesetzter Richtung zum Flammrohr Verbrennungsrückstände und gegebenenfalls Brennstoffverunreinigungen zumindest teilweise durch den Spalt hindurch in die Aschenkammer transportierbar sind.
Mit dem erfindungsgemässen Ofen ist ein gleichmässiger Abbrand des Brennstoffes und damit eine nahezu konstante Leistungsabgabe an den Wärmetauscher realisierbar, wie sie bislang nur bei Verwendung von Öl- oder Gasbrennern möglich ist. Der erfindungsgemässe Ofen eignet sich insbesondere für den Einsatz in einer zentralen Heizungsanlage.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Fig. 1 bis 8b näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines senkrechten Schnittes durch das Ausführungsbei- spiel in Seitenansicht,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines waagrechten Schnittes durch das Ausführungsbei- spiel entlang der in Fig. 1 eingezeichneten Linie A - A,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines senkrechten Schnittes durch das Ausführungsbei- spiel entlang der in Fig. 1 eingezeichneten Linie B - B,
Fig. 4a eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform des Scheibenrostes,
Fig. 4b eine schematische Darstellung einer Draufsicht der zweiten Ausführungsform des Scheibenrostes,
Fig. 5a eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer dritten Ausführungsform des Scheibenrostes,
Fig.
5b eine schematische Darstellung einer Draufsicht der dritten Ausführungsform des Schei- benrostes,
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Draufsicht einer vierten Ausführungsform des Scheibenrostes,
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer fünften Ausführungsform des Scheibenrostes,
Fig. 8a eine schematische Darstellung eines senkrechten Schnittes durch einen erfindungsge- mässen Ofen mit einer besonderen Ausführungsform des Flammrohres und
Fig. 8b eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf das Flammrohr von Fig. 8a.
Bei dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Ofens handelt es sich beispielsweise um einen sogenannten Vorofen für einen Wärmetauscher, beispielsweise einen Heizkessel. Ein Vorofen ist ein vor den Wärmetauscher geschalteter Ofen, in dessen Abbrandbereich die Feuerung des Brennstoffes stattfindet. Der Abbrandbereich des Vorofens und der Wärmetauscher sind über ein Flammrohr miteinander verbunden, in welchem die im Abbrandbereich erzeugten Flammen ausbrennen und durch das die bei der Verbrennung erzeugte Wärmeenergie in den Wärmetau- scher transportiert wird.
Der erfindungsgemässe Ofen kann aber ebenso, wie von Öl- oder Gasbrennern bekannt, in dem Wärmetauscher integriert ausgebildet sein. Hierbei ist beispielsweise ein Wärmetauscher seitlich an das Flammrohr und den Abbrandbereich angrenzend angeordnet.
Der Vorofen 1 von Fig. 1 weist einen senkrecht angeordneten, von oben nach unten sich im Querschnitt vergrössernden Füllschacht 2 für Brennstoff auf. Die Vergrösserung des Querschnitts von oben nach unten vermindert die Gefahr einer Verstopfung des Füllschachtes 2 durch sich verspreizende Brennstoffteile. Im unteren Endbereich des Füllschachtes 2 befindet sich ein Ab- brandbereich 3, der über ein Flammrohr 7 mit einem Wärmetauscher 42 verbunden ist und der an seiner Unterseite von einem Scheibenrost 4 begrenzt ist. Dieser besteht beispielsweise, wie in Fig. 2 gezeigt, aus drei feuerfesten Scheiben 5, die auf einer gemeinsamen Achse 6 befestigt sind und auf dessen Stirnflächen 43 ein im Abbrandbereich 3 befindlicher Brennstoff aufliegt. Unterhalb des Abbrandbereiches 3 befindet sich eine Aschenkammer 37.
Die Wandungen des Füllschachtes 2, der Aschenkammer 37 und des Flammrohres 7 und die Scheiben 5 sind aus feuerfestem Mate- rial, wie beispielsweise Schamott, Gusseisen, Feuerfestbeton oder aus einem anderen dem
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Fachmann als geeignet bekannten Material gefertigt. Die Achse 6 ist über ein Getriebe mit der Welle eines Elektromotors 39 (Fig. 2) oder eines anderen geeigneten Antriebsaggregats verbun- den. Der Vorofen ist über ein Brennstoffbeschickungsrohr 9 (Fig. 3), das durch die Öffnung 8 in den oberen Bereich des Füllschachtes 2 mündet, mit einer hier nicht gezeigten automatischen Brennstoffbeschickungsvorrichtung mit Brennstoffspeicher verbindbar. Als Brennstoff sind bei- spielsweise Holzschnitzel, Holzspäne und/oder Koks nutzbar.
Am Füllschacht 2 ist zur Füllstands- überwachung in einer vorbestimmten Füllhöhe eine einen Lichtsender 11und einen Lichtempfän- ger 12 aufweisende Lichtschranke angebracht. Oberhalb der Lichtschranke ist im Füllschacht 2 ein mechanischer Überfüllungsschutzschalter 10 (Fig. 3) angebracht, der bei einer aufgrund einer funktionalen Störung verursachten Überfüllung des Füllschachtes 2 die automatische Brennstoffzu- fuhr abschaltet. Der Füllschacht 2, der Scheibenrost und das Flammrohr 7 ist von einer weitgehend luftdicht abgeschlossenen, aus Metall gefertigten Hülle 13 umgeben, derart, dass um den Füll- schacht 2 und das Flammrohr 7 herum ein isolierender Hohlraum 14 ausgebildet ist.
In diesen Hohlraum 14 wird beispielsweise mittels eines Ventilators 26 (Fig. 2) permanent Luft eingeblasen, die einerseits die Hülle 13 kühlt und andererseits durch die Öffnungen 15,16 und 17 in den Wan- dungen des Füllschachtes 2, der Aschenkammer 37 bzw. des Flammrohres 7 als Primärluft 18 der Flut 20 (schraffiert gezeichnet) bzw. als Sekundärluft 19 den Verbrennungsabgasen am Eingang des Flammrohres 7 zugeführt wird. Die durch die Öffnungen 15 und anschliessend durch den Füllschacht 2 hindurch zum Abbrandbereich 3 geführte Primärluft 18, die im Hohlraum 14 bereits vorgewärmt wird, bewirkt zusätzlich eine Trocknung und Vorwärmung des über der Glut 20 liegen- den unverbrannten Brennstoffes 21. Darüber hinaus wirkt sich diese Vorheizung der Primär- verbrennungsluft positiv für die Verbrennung aus.
Mittels einer Sekundärluftklappe 35, deren Einstellung über einen Bedienhebel 36 veränderbar ist, kann die Sekundärluftzufuhr durch die Öffnung 17 prozessabhängig eingestellt werden. Dieses Einstellen kann sowohl manuell als auch mittels einer geeigneten Einrichtung elektronisch geregelt sein.
Im Flammrohr 7 sind in Abgasströmungsrichtung gesehen versetzt zueinander drei aus feuer- festem Material bestehende Keile 22,23 und 24 derart angeordnet, dass sie eine Luftschleuse ausbilden und für eine Verwirbelung der Verbrennungsabgase mit der Sekundärluft 19 sorgen.
Diese Verwirbelung bewirkt eine vollständigere Verbrennung der im Abgas befindlichen brennba- ren Bestandteile und führt damit zu einer Verbesserung der Brennstoffausnutzung. Jeder der Keile 22,23 und 24 erstreckt sich beispielsweise über die gesamte innere Querschnittsbreite des Flammrohres.
Im Betrieb wird von der automatischen Beschickungsvorrichtung Brennstoff, beispielsweise Holzschnitzel, durch die Öffnung 8 in den Füllschacht 2 transportiert, so lange, bis die durch die Anordnung der Lichtschranke vorgegebene Füllhöhe erreicht ist. Anschliessend wird der auf dem Scheibenrost aufliegende Brennstoff mittels eines Heissluftgebläses 25 (Fig. 2), das mittels eines Rohres 41 mit dem Abbrandbereich 3 verbunden ist und heisse Luft in den Abbrandbereich 3 bläst, oder mit einer anderen geeigneten Zündvorrichtung entzündet. Die Primärverbrennungsluftzufuhr über die Primärluftkanäle 15 und 16 ist so eingestellt, dass sich die Glut lediglich über einen vorge- gebenen Teilbereich 27 (schraffiert gezeichnet) der Brennstoffsäule im Füllschacht 2 ausbreitet, der darüberliegende Brennstoff verbrennt nicht.
Bei Abbrand des im Abbrandbereich 3 befindlichen Brennstoffes sinkt die Höhe der Brennstoffsäule im Füllschacht 2 so lange, bis die Lichtschranke ein Signal sendet, das ein Einschalten der automatischen Brennstoffbeschickung bewirkt. Durch intervallweises oder permanentes Drehen des Scheibenrostes 4 im wesentlichen in entgegenge- setzter Richtung zum Flammrohr 7 (in Fig. 1 durch den Pfeil 40 angedeutet), werden Verbren- nungsrückstände und ggf. Brennstoffverunreinigungen (z. B. Steine) durch den Spalt 28 zwischen dem Scheibenrost 4 und dem Füllschacht 2 hindurch aus dem Abbrandbereich 3 in einen in der Aschenkammer 37 befindlichen Aschenauffangbehälter 38 transportiert bzw. zerkleinert, so dass sie durch den Zwischenraum zwischen den Scheiben 5 hindurch in den Aschenauffangbehälter 38 fallen.
Mit entgegengesetzter Richtung zum Flammrohr 7 ist auf die Gegenrichtung zu derjenigen Richtung des Flammrohres 7 Bezug genommen, in welche sich dieses ausgehend vom Abbrand- bereich 3 zunächst erstreckt.
Der Scheibenrost 4 kann, wie in Fig. 6 gezeigt, eine einzige feuerfeste Scheibe in Form einer Walze oder Trommel 44 aufweisen. Diese ist beispielsweise aus Gusseisen, Edelstahl oder aus
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einem anderen dem Fachmann zu diesem Zweck geeigneten bekannten Material gefertigt. Die Scheibe 5 bzw. die Walze oder Trommel 44 kann eine glatte oder, evtl. zur Verbesserung des Aschentransports, eine strukturierte Stirnfläche aufweisen.
Weiterhin kann vorteilhafterweise, wie in Fig. 7 gezeigt, der Scheibenrost mittels einer exzentri- schen Achse 45 angetrieben sein. Eine derartige exzentrische Achse 45 ist beispielsweise eine im Querschnitt kreisförmige Achse, deren Drehachse nicht mit der Längssymmetrieachse zusammen- fällt. Ebenso kann beispielsweise eine im Querschnitt ovale oder elliptische Achse 45 verwendet sein, deren Drehachse 50 nicht durch den Mittelpunkt des Querschnitts verläuft. Dadurch wird eine Variation der Breite des Spaltes 28 zwischen dem Scheibenrost 4 und dem Füllschacht 2 sowie eine Öffnung eines Spaltes 47 zwischen dem Scheibenrost und einer Seitenwandung des Ofens, in diesem Fall eine Seitenwandung der Aschenkammer 37, bewirkt.
Dies verringert die Gefahr, dass Brennstoffverunreinigungen, die beispielsweise in dem V-förmigen Spalt 47 zwischen dem Schei- benrost und einer Seitenwandung zu liegen kommen oder die sich im Spalt 28 zwischen dem Scheibenrost 4 und dem Füllschacht 2 verspreizen, im Brennraum verbleiben und eventuell den Scheibenrost beschädigen. Die Brennstoffreinheit ist dadurch weniger kritisch. Weiterhin kann beispielsweise von Vorteil sein, wenn die Achse 6 nicht fest mit dem Scheibenrost verbunden ist, so dass sich bei Hemmung der Scheiben- oder Trommelrotation die Achse 6 in der Achsbohrung weiterdrehen kann. Die Achsbohrung 46 der Scheiben 5 bzw. der Trommel 44 ist dazu beispiels- weise grösser als die Querschnittsfläche der Achse 45.
Der mit der exzentrischen Achse verfolgte Zweck kann auch dadurch erzielt werden, dass die Achsbohrung 46 nicht-zentrisch in den Scheiben 5 oder in der Trommel 44 angeordnet ist.
Wie in den Fig. 4a und 4b gezeigt, kann der Scheibenrost 4 auch aus zwei Scheibengruppen 29 und 30 bestehen. Dieser ist bevorzugt bei Anlagen im Leistungsbereich bis 100 kW einzusetzen. Anstelle der Scheiben können auch hier Trommeln oder Walzen verwendet sein.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform (Fig. 5a und 5b) des Scheibenrostes, die bevorzugt für den Einsatz bei Grossanlagen mit Leistungen über 100 kW geeignet ist, besteht aus drei Schei- bengruppen 31, 32 und 33, deren Scheiben ineinandergreifen und dieselbe Drehrichtung 34 auf- weisen. Bei diesem Scheibenrost handelt es sich um einen sogenannten Wanderglutrost. Auch hier können an Stelle der Scheiben Walzen oder Trommeln eingesetzt werden.
Natürlich kann der Scheibenrost je nach Bedarf auch aus vier oder noch mehr Scheibengrup- pen zusammengesetzt sein, die alle die gleiche oder unterschiedliche Drehrichtung aufweisen.
Bei einer besonders vorteilhaften, sehr kompakten Ausführungsform des erfindungsgemässen Ofens erstreckt sich das Flammrohr 7 nicht geradlinig in Flammenrichtung vom Abbrandbereich 3 weg, sondern verläuft die Längsmittelachse 51 des Flammrohres 7 schräg, insbesondere, wie in Fig. 8a gezeigt, senkrecht zur ursprünglichen Flammenrichtung der vom Abbrandbereich 3 ausge- henden Flammen. Die Flamme wird von einer Seitenwand 48 des Flammrohres 7 abgebogen und durch den Luftzug im Flammrohr 7 in Richtung der Längsachse 51 des Flammrohres 7 abgelenkt.
Die Längsmittelachse 51 des Flammrohres 7 kann gegenüber der Horizontalen einen beliebigen Winkel aufweisen. Um eine möglichst gute Verwirbelung der Abgase im Flammrohr 7 und eine möglichst ideale, in diesem Fall annähernd schraubenförmige Flammablenkung zu erreichen, können zwischen dem Abbrandbereich 3 und dem Flammrohr 7 Flammführungswandungen 49 vorgesehen sein. Dabei verläuft die Längsmittelachse 51 des Flammrohres 7 in einem Winkel kleiner 90 Grad zur Längsmittelachse des Füllschachtes 2. An dem Abbrandbereich 3 abgewand- ten Ende des Flammrohres 7 befindet sich der Flammrohrausgang 52, der z. B. in einen Heizkessel oder, falls ein Wärmetauscher um das Flammrohr 7 herum angeordnet ist, in einen Rauchgasab- zug münden kann. Das Flammrohr 7 ist dem jeweiligen Einsatz anzupassen.
Die oben beschriebene automatische Aschenaustragung in Verbindung mit der automatischen Brennstoffbeschickung ermöglicht einen gleichmässigen Dauerbetrieb der an den erfindungsgemä- #en Ofen angekoppelten Heizanlage ohne manuellen Eingriff. Der Bedienungskomfort einer sol- chen Heizungsanlage ist mit dem der heute verbreiteten Heizungsanlagen mit Öl- und/oder Gas- kessel vergleichbar.
Der gleichmässige Dauerbetrieb in Verbindung mit der durch die aus feuerfestem Material (z. B. Schamott, Feuerfestbeton) bestehenden Keile 22,23 und 24 hervorgerufenen Verwirbelung der Sekundärluft 19 mit den Rauchgasen bewirkt einen sehr hohen Brennstoffnutzungsgrad und Abgaswerte die weit unterhalb der gesetzlich zugelassenen Höchstwerte liegen.
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Die Beschränkung des Ausführungsbeispiels auf einen Vorofen für einen Wärmetauscher ist selbstverständlicherweise nicht als Beschränkung der Erfindung auf diesen Spezialfall zu betrach- ten. Die Erfindung ist vorteilhafterweise bei sämtlichen Öfen zur Feuerung von festen Brennstoffen verwendbar. Die Erfindung ist beispielsweise auch bei solchen Heizungsanlagen einsetzbar, bei denen die Feuerung des Brennstoffes im Heizkessel erfolgt. In diesem Fall sind der Füllschacht, der Brennraum, der Scheibenrost, das Flammrohr, die Primär- und Sekundärluftzuführungen und die Keile zur Verwirbelung der Abgase mit der Sekundärluft in den Heizkessel integriert. Ebenso kann die Erfindung vorteilhafterweise auch bei Einzelöfen und Kachelöfen eingesetzt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Ofen zur Befeuerung mit festem Brennstoff mit einem Füllschacht (2), dessen unteres
Ende einen Abbrandbereich (3) bildet, sodass der Abbrandbereich (3) von oben mit
Brenngut versorgbar ist, wobei der Abbrandbereich (3) an ein Flammrohr (7) grenzt und unten von einem drehbaren Rost (4) begrenzt ist, der mindestens eine feuerfeste Scheibe (5, 44) aufweist, wobei eine im Abbrandbereich (3) befindliche Brenngutglut (20) auf einem
Teilbereich der Stirnfläche (43) der feuerfesten Scheibe (5,44) aufliegt und während des
Betriebes des Ofens Verbrennungsrückstände und gegebenenfalls Brenngutverunreini- gungen in eine unterhalb des Abbrandbereiches angeordnete Aschenkammer (37) trans- portierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Flammrohr (7) gegenüberlie- genden Seite des Füllschachtes (2) ein Spalt (28) vorgesehen ist,
wobei jener Teilbereich der Stirnfläche (43) des drehbaren Rostes (4), auf dem sich die Brennstoffglut (20) befin- det, zum Spalt (28) hin bewegbar ist, sodass Verbrennungsrückstände und gegebenenfalls
Brennstoffverunreinigungen zumindest teilweise durch den Spalt (28) hindurch in die
Aschenkammer (37) transportierbar sind.
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The invention relates to a furnace for firing solid fuel with a filling shaft, the lower end of which forms a burn-up area, so that the burn-up area can be supplied with firing material from above, the burn-up area bordering a flame tube and being bounded at the bottom by a rotatable grate, which at least has a fireproof pane, a combustion material embers located in the burn-up area resting on a partial area of the end face of the refractory pane and combustion residues and, if appropriate, contaminants from the combustible material being able to be transported into an ash chamber arranged below the burn-up area.
Compared to liquid and gaseous fuels, when firing solid fuels such as logs, coal, peat, wood chips and wood chips, it is very difficult to achieve an even and complete burn-up of the fuel. Known boilers or stoves are so-called burn-through boilers or stoves in which the entire amount of fuel in a combustion chamber gradually gets embers. For this reason, various glow intensities occur here, which consequently lead to fluctuations in the output of the boiler or furnace, which lower the fuel efficiency and consequently lead to a deterioration in the exhaust gas values.
Another disadvantage of the known boilers or furnaces mentioned above is that in order to completely remove the ash from the combustion chamber, which has to be done manually, the fuel firing must be interrupted. Because of this, the ease of use of boilers charged with solid fuel does not meet the standard required today, despite the availability of automatic fuel charging devices.
The problem of automatically discharging the ash remaining in the combustion chamber during the combustion of solid fuel has so far not been satisfactorily solved.
A furnace of the type mentioned is known from DE 2 117 798 A. In the furnace described in this document, by rotating a grate, fuel is transported into a combustion chamber, and combustion residues and possibly fuel impurities are transported into a combustion chamber downstream of a combustion zone. The combustion residues and any fuel contaminants must be laboriously removed from the cleaning openings. This requires downtimes of the furnace and time-consuming cleaning work.
The object of the invention is therefore to develop a furnace for firing with solid fuel, which enables the fuel to be burned evenly and completely. In addition, this stove should have operating convenience that meets today's requirements and allow permanent heating operation with as few manual interventions as possible.
This object is achieved by a furnace for firing with solid fuel, which is characterized in that a gap is provided on the side of the filling shaft opposite the flame tube, the portion of the end face of the rotatable grate on which the fuel embers are located is located, can be moved towards the gap, so that combustion residues and possibly fuel contaminants can be at least partially transported through the gap into the ash chamber.
According to one embodiment of the invention, the rotatable grate has a plurality of refractory disks which are arranged on a common axis. According to the invention, however, the rotatable grate can also have a single disk made of refractory material and designed as a roller or drum. Another feature of the invention is characterized in that the rotatable grate has an eccentric axis which causes a variation in the size of the gap between the grate and the opposite side wall of the filling shaft.
The furnace is further characterized according to the invention in that the longitudinal center axis of the flame tube extends at an angle of less than 90 degrees to the longitudinal center axis of the filling shaft and that flame guide walls are provided between the burn-up area and the flame tube, which extend into the flame tube and cause a helical deflection of the flames.
A further advantageous embodiment of the invention consists in the fact that primary combustion air flows in through openings in the filling shaft and in the ash chamber. According to a further feature of the invention, the flame tube has an opening through which secondary air flows.
According to the invention, the opening for the secondary air is located directly at the mouth of the
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Flame tube arranged in the combustion area.
According to a further embodiment of the invention, a plurality of parts made of refractory material are attached in the flame tube, which cause the secondary air to swirl with the combustion gases. Finally, a further feature of the invention consists in that by rotating the grate in the combustion area in the opposite direction to the flame tube, combustion residues and possibly fuel contaminants can at least partially be transported through the gap into the ash chamber.
With the furnace according to the invention, a uniform burn-up of the fuel and thus an almost constant power output to the heat exchanger can be realized, as has been possible up to now only when using oil or gas burners. The furnace according to the invention is particularly suitable for use in a central heating system.
The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment in conjunction with FIGS. 1 to 8b. Show it:
1 is a schematic representation of a vertical section through the embodiment in side view,
FIG. 2 shows a schematic illustration of a horizontal section through the exemplary embodiment along the line A - A drawn in FIG. 1, FIG.
3 shows a schematic illustration of a vertical section through the exemplary embodiment along the line B - B drawn in FIG. 1,
4a is a schematic representation of a side view of a second embodiment of the disk grate,
4b is a schematic representation of a top view of the second embodiment of the disk grate,
5a is a schematic representation of a side view of a third embodiment of the disk grate,
FIG.
5b shows a schematic representation of a top view of the third embodiment of the window grate,
6 shows a schematic representation of a top view of a fourth embodiment of the disk grate,
7 is a schematic representation of a side view of a fifth embodiment of the disk grate,
8a shows a schematic illustration of a vertical section through an oven according to the invention with a special embodiment of the flame tube and
Fig. 8b is a schematic representation of a plan view of the flame tube of Fig. 8a.
The exemplary embodiment of the furnace according to the invention is, for example, a so-called pre-furnace for a heat exchanger, for example a boiler. A pre-furnace is a furnace connected in front of the heat exchanger, in the combustion area of which the fuel is fired. The combustion area of the forehearth and the heat exchanger are connected to one another via a flame tube, in which the flames generated in the combustion area burn out and through which the thermal energy generated during combustion is transported into the heat exchanger.
However, as is known from oil or gas burners, the furnace according to the invention can also be embodied integrated in the heat exchanger. Here, for example, a heat exchanger is arranged laterally adjacent to the flame tube and the burning area.
The pre-furnace 1 of FIG. 1 has a vertically arranged filling shaft 2 for fuel which increases in cross section from top to bottom. The enlargement of the cross section from top to bottom reduces the risk of the filling shaft 2 becoming blocked due to fuel parts spreading apart. In the lower end area of the filling shaft 2 there is a burn-off area 3 which is connected to a heat exchanger 42 via a flame tube 7 and which is delimited on its underside by a disk grate 4. As shown in FIG. 2, this consists, for example, of three refractory disks 5, which are fastened on a common axis 6 and on the end faces 43 of which a fuel located in the combustion region 3 rests. An ash chamber 37 is located below the erosion area 3.
The walls of the filling shaft 2, the ash chamber 37 and the flame tube 7 and the disks 5 are made of refractory material, such as fireclay, cast iron, refractory concrete or another
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Material known to those skilled in the art as suitable. The axis 6 is connected via a gear to the shaft of an electric motor 39 (FIG. 2) or another suitable drive unit. The pre-furnace can be connected to an automatic fuel charging device (not shown here) with a fuel accumulator via a fuel feed pipe 9 (FIG. 3) which opens through the opening 8 into the upper region of the filling shaft 2. For example, wood chips, wood chips and / or coke can be used as fuel.
A light barrier having a light transmitter 11 and a light receiver 12 is attached to the filling shaft 2 for filling level monitoring at a predetermined filling level. A mechanical overfill protection switch 10 (FIG. 3) is installed above the light barrier in the filling shaft 2 and switches off the automatic fuel supply if the filling shaft 2 is overfilled due to a functional fault. The filling shaft 2, the disk grate and the flame tube 7 are surrounded by a largely airtight, made of metal shell 13 such that an insulating cavity 14 is formed around the filling shaft 2 and the flame tube 7.
Air is permanently blown into this cavity 14, for example by means of a fan 26 (FIG. 2), which cools the casing 13 on the one hand and on the other hand through the openings 15, 16 and 17 in the walls of the filling shaft 2, the ash chamber 37 and the Flame tube 7 is supplied as primary air 18 of the flood 20 (hatched) or as secondary air 19 to the combustion exhaust gases at the entrance of the flame tube 7. The primary air 18, which is led through the openings 15 and then through the filling shaft 2 to the combustion area 3 and which is already preheated in the cavity 14, additionally causes the unburned fuel 21 lying above the embers 20 to be dried and preheated Preheating the primary combustion air positive for combustion.
By means of a secondary air flap 35, the setting of which can be changed via an operating lever 36, the secondary air supply through the opening 17 can be adjusted depending on the process. This setting can be electronically controlled both manually and by means of a suitable device.
In the flame tube 7, seen in the exhaust gas flow direction, three wedges 22, 23 and 24 made of refractory material are arranged such that they form an airlock and cause the combustion exhaust gases to swirl with the secondary air 19.
This swirling causes a more complete combustion of the flammable components in the exhaust gas and thus leads to an improvement in fuel utilization. Each of the wedges 22, 23 and 24 extends, for example, over the entire inner cross-sectional width of the flame tube.
In operation, the automatic loading device transports fuel, for example wood chips, through the opening 8 into the filling chute 2 until the filling height specified by the arrangement of the light barrier is reached. The fuel lying on the window grate is then ignited by means of a hot air blower 25 (FIG. 2), which is connected to the combustion area 3 by means of a pipe 41 and blows hot air into the combustion area 3, or by another suitable ignition device. The primary combustion air supply via the primary air channels 15 and 16 is set in such a way that the embers only spread over a predetermined partial region 27 (hatched) of the fuel column in the filling shaft 2, the fuel above does not burn.
When the fuel in the burn-up area 3 burns off, the height of the fuel column in the filling shaft 2 decreases until the light barrier sends a signal which causes the automatic fuel feed to be switched on. By intermittent or permanent turning of the disk grate 4 essentially in the opposite direction to the flame tube 7 (indicated by arrow 40 in FIG. 1), combustion residues and possibly fuel contaminants (eg stones) are separated by the gap 28 the disk grate 4 and the filling shaft 2 are transported or shredded from the erosion area 3 into an ash collecting container 38 located in the ash chamber 37, so that they fall into the ash collecting container 38 through the space between the disks 5.
With the opposite direction to the flame tube 7, reference is made to the opposite direction to that direction of the flame tube 7 in which it initially extends from the burn-up area 3.
The disk grate 4 can, as shown in FIG. 6, have a single refractory disk in the form of a roller or drum 44. This is for example made of cast iron, stainless steel or
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another known material suitable for this purpose to the person skilled in the art. The disc 5 or the roller or drum 44 can have a smooth or, possibly to improve the ash transport, a structured end face.
Furthermore, as shown in FIG. 7, the disk grate can advantageously be driven by means of an eccentric axis 45. Such an eccentric axis 45 is, for example, an axis with a circular cross section, the axis of rotation of which does not coincide with the longitudinal axis of symmetry. Likewise, for example, an axis 45 which is oval or elliptical in cross section, the axis of rotation 50 of which does not run through the center of the cross section. This causes a variation in the width of the gap 28 between the disk grate 4 and the filling chute 2 and an opening of a gap 47 between the disk grate and a side wall of the furnace, in this case a side wall of the ash chamber 37.
This reduces the risk that fuel contaminants that come to lie, for example, in the V-shaped gap 47 between the window grate and a side wall or that spread out in the gap 28 between the window grate 4 and the filling chute 2 remain in the combustion chamber and possibly that Damage the window grate. Fuel purity is therefore less critical. It can also be advantageous, for example, if the axis 6 is not firmly connected to the disc grate, so that when the disc or drum rotation is inhibited, the axis 6 can continue to rotate in the axis bore. For this purpose, the axis bore 46 of the disks 5 or the drum 44 is, for example, larger than the cross-sectional area of the axis 45.
The purpose pursued with the eccentric axis can also be achieved in that the axis bore 46 is arranged non-centrally in the disks 5 or in the drum 44.
As shown in FIGS. 4a and 4b, the disk grate 4 can also consist of two disk groups 29 and 30. This should preferably be used for systems in the power range up to 100 kW. Instead of the disks, drums or rollers can also be used here.
Another preferred embodiment (FIGS. 5a and 5b) of the disk grate, which is preferably suitable for use in large systems with outputs of more than 100 kW, consists of three disk groups 31, 32 and 33, the disks of which interlock and have the same direction of rotation 34. point. This disc grate is a so-called traveling glow grate. Here, too, rollers or drums can be used instead of the disks.
Of course, depending on requirements, the disc grate can also be composed of four or even more disc groups, all of which have the same or different direction of rotation.
In a particularly advantageous, very compact embodiment of the furnace according to the invention, the flame tube 7 does not extend in a straight line in the direction of the flame away from the combustion region 3, but rather the longitudinal central axis 51 of the flame tube 7 runs obliquely, in particular, as shown in FIG. 8a, perpendicular to the original direction of the flame Burning area 3 outgoing flames. The flame is bent from a side wall 48 of the flame tube 7 and deflected by the draft in the flame tube 7 in the direction of the longitudinal axis 51 of the flame tube 7.
The longitudinal central axis 51 of the flame tube 7 can have any angle with respect to the horizontal. In order to achieve the best possible swirling of the exhaust gases in the flame tube 7 and the most ideal, in this case approximately helical, flame deflection, flame guide walls 49 can be provided between the combustion region 3 and the flame tube 7. The longitudinal central axis 51 of the flame tube 7 extends at an angle of less than 90 degrees to the longitudinal central axis of the filling shaft 2. At the end of the flame tube 7 facing away from the erosion area 3 there is the flame tube outlet 52, which, for. B. in a boiler or, if a heat exchanger is arranged around the flame tube 7, can open into a flue gas extractor. The flame tube 7 is to be adapted to the particular application.
The above-described automatic ash discharge in connection with the automatic fuel feed enables the continuous operation of the heating system coupled to the furnace according to the invention without manual intervention. The ease of use of such a heating system is comparable to that of today's heating systems with oil and / or gas boilers.
The constant continuous operation in connection with the swirling of the secondary air 19 with the flue gases caused by the wedges 22, 23 and 24 consisting of refractory material (e.g. fireclay, refractory concrete) results in a very high fuel efficiency and exhaust gas values which are far below the legally permitted maximum values lie.
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The limitation of the exemplary embodiment to a preliminary furnace for a heat exchanger is of course not to be regarded as restricting the invention to this special case. The invention can advantageously be used in all furnaces for firing solid fuels. The invention can also be used, for example, in those heating systems in which the fuel is fired in the boiler. In this case, the filling shaft, the combustion chamber, the disc grate, the flame tube, the primary and secondary air inlets and the wedges for swirling the exhaust gases with the secondary air are integrated in the boiler. The invention can also advantageously be used with individual stoves and tiled stoves.
PATENT CLAIMS:
1. Furnace for firing solid fuel with a filling shaft (2), the lower
End forms an erosion area (3), so that the erosion area (3) from above
Combustion material can be supplied, the combustion area (3) adjoining a flame tube (7) and being delimited at the bottom by a rotatable grate (4) which has at least one fireproof disk (5, 44), a combustion material embers located in the combustion area (3) (20) on one
Part of the end face (43) of the refractory disc (5.44) rests and during
Operation of the furnace combustion residues and, if applicable, contaminants from the combustion material can be transported into an ash chamber (37) arranged below the burn-up area, characterized in that a gap (28) is provided on the side of the filling shaft (2) opposite the flame tube (7) is
that portion of the end face (43) of the rotatable grate (4) on which the fuel ember (20) is located can be moved towards the gap (28), so that combustion residues and, if appropriate
Fuel contaminants at least partially through the gap (28) in the
Ash chamber (37) can be transported.