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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 Feuerung von 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 erfin- dungsgemäss dadurch gekennzeichnet ist, dass die Drehrichtung des Rostes in dem Bereich, in dem das Brenngut auf der Stirnfläche der mindestens einen Scheibe aufliegt, vom Flammrohr weggerichtet ist.
Erfindungsgemäss weist der drehbare Rost mehrere feuerfeste im Abstand voneinander ange- ordnete Scheiben auf, die auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind oder eine einzige aus feuerfestem Material gefertigte als Walze oder Trommel ausgebildete Scheibe auf.
Die Erfindung besteht ferner darin, dass die Längsmittelachse des Flammrohres in einem Win- kel kleiner 90 Grad zur Längsmittelachse des Füllschachtes verläuft und dass zwischen dem Abbrandbereich und dem das Flammrohr Flammführungswandungen vorgesehen sind, die in das Flammrohr hineinreichen und eine schraubenförmige Ablenkung der Flammen bewirken.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung strömt Primärverbrennungsluft über Öffnun- gen im Füllschacht und in der Aschenkammer zu. Erfindungsgemäss weist femer das Flammrohr eine Öffnung auf, über die Sekundärluft einströmt. Dabei ist gemäss eines weiteren Merkmales der Erfindung die Öffnung für die Sekundärluft unmittelbar an der Einmündung des Flammrohres in den Abbrandbereich angeordnet. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass im Flammrohr eine Mehrzahl von aus feuerfestem Material gefertigten Teilen angebracht sind, die eine Verwirbelung der Sekundärluft mit den Verbrennungsgasen bewirken.
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
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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 Fach- mann 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 verbunden. 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 Brennstoffbe- schickungsvorrichtung mit Brennstoffspeicher verbindbar. Als Brennstoff sind beispielsweise Holz- schnitzel, Holzspäne und/oder Koks nutzbar.
Am Füllschacht 2 ist zur Füllstandsüberwachung in einer vorbestimmten Füllhöhe eine einen Lichtsender 11 und einen Lichtempfänger 12 aufweisen- de Lichtschranke angebracht. Oberhalb der Lichtschranke ist im Füllschacht 2 ein mechanischer Überfüllungsschutzschalter 10 (Fig. 3) angebracht, der bei einer aufgrund einer funktionalen Stö- rung verursachten Überfüllung des Füllschachtes 2 die automatische Brennstoffzufuhr abschaltet.
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Der Füllschacht 2, der Scheibenrost und das Flammrohr 7 ist von einer weitgehend luftdicht abge- schlossenen, aus Metall gefertigten Hülle 13 umgeben, derart, dass um den Füllschacht 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 Wandungen des Füll- schachtes 2, der Aschenkammer 37 bzw. des Flammrohres 7 als Primärluft 18 der Flut 20 (schraf- fiert gezeichnet) bzw. als Sekundärluft 19 den Verbrennungsabgasen am Eingang des Flammroh- res 7 zugeführt wird.
Die durch die Öffnungen 15 und anschliessend durch den Füllschacht 2 hin- durch zum Abbrandbereich 3 geführte Primärluft 18, die im Hohlraum 14 bereits vorgewärmt wird, bewirkt zusätzlich eine Trocknung und Vorwärmung des über der Glut 20 liegenden unverbrannten Brennstoffes 21. Darüber hinaus wirkt sich diese Vorheizung der Primärverbrennungsluft positiv für die Verbrennung aus. Mittels einer Sekundärluftklappe 35, deren Einstellung über einen Bedienhe- bel 36 veränderbar ist, kann die Sekundärluftzufuhr durch die Öffnung 17 prozessabhängig einge- stellt 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 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
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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, sodass 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.
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.