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Die Erfindung bezieht sich auf einen Heizkessel mit einem Brenner zum Verbrennen stückeligen Brennstoffes, insbesondere Holzpellets, mit einer einen Bodenrost aufweisenden, von oben mit Brennstoff beschickbaren Brennkammer, die unten an eine Primärluftzufuhr und mit Abstand über dem Bodenrost an eine Sekundärluftzufuhr angeschlossen ist, mit einem von den Rauchgasen aus der Brennkammer durchströmten Wärmetauscher zum Erwärmen eines Wärmeträgers und mit einem dem Wärmetauscher in Strömungsrichtung der Rauchgase nachgeordneten, druckseitig in einen Rauchgasabzug mündenden Sauggebläse.
Zum Verbrennen stückeliger Brennstoffe, insbesondere Holzpellets, ist es bekannt (AT 406 413 B), einen Brenner mit einer von oben beschickbaren Brennkammer vorzusehen, die einen verschliessbaren Bodenrost zur Aufnahme des Brennstoffs mit einem zentralen Durchtritt für die Primärluft aufweist. Mit Abstand oberhalb des Bodenrostes ist die Brennkammer zur Nachverbrennung der Rauchgase an eine Sekundärluftzufuhr angeschlossen, die in einem die Brennkammer umschliessenden Ringraum mündet, von dem Durchtrittsöffnungen in die Brennkammer führen.
Da die anfallende Rauchgasmenge vom Brennstoffdurchsatz abhängt, ist im Teillastbereich mit einer verringerten Rauchgasmenge zu rechnen, die wegen der damit verbundenen Beeinträchtigung der Verwirbelung, insbesondere zwischen den Rauchgasen und der Sekundärluft, zu einer unvollständigen Verbrennung führen kann. Im Vollastbereich kann es wiederum aufgrund hoher Verbrennungstemperaturen zu einer Verschlackung der Verbrennungsrückstände kommen.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Heizkessel mit einem Bren- ner zum Verbrennen stückeligen Brennstoffes, insbesondere Holzpellets, der eingangs geschilderten Art mit einfachen konstruktiven Massnahmen so auszuge- stalten, dass die Verbrennungsbedingungen im Teillastbereich verbessert werden können.
Ausserdem sollen im Vollastbereich hohe, eine Verschlackungsgefahr der Verbrennungsrückstände mit sich bringende Verbrennungstemperaturen vermieden werden.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass von der Druckseite des Sauggebläses eine Rauchgasrückleitung abzweigt, die mit der Brennkammer zwischen dem Bodenrost und der Sekundärluftzufuhr verbunden ist.
Durch die vorgeschlagene Massnahme, über die von der Druckseite des Sauggebläses abgezweigte Rauchgasrückleitung der Brennkammer zusätzliche Rauchgase in Strömungsrichtung vor der Sekundärluftzufuhr zuzuleiten, kann in einfacher Weise die für eine gute Durchwirbelung erforderliche Rauchgasmenge auch im Teillastbereich sichergestellt werden, ohne den Brenner mit einem Luftüberschuss betreiben zu müssen. Durch die in die Brennkammer rückgeführten Rauchgase kann daher eine vollständige Nachverbrennung der Rauchgase mit Hilfe der zugeführten Sekundärluft gewährleistet werden, ohne die auf den jeweiligen Lastbereich abgestimmte Primär- und Sekundärluftzufuhr verändern zu müssen. Als unmittelbare Folge davon erhöht sich der Kohlendioxidgehalt der Rauchgase merklich, während der Kohlenmonoxidgehalt entsprechend sinkt.
Dazu kommt, dass wegen des weitgehend gleichbleibenden Rauchgasdurchsatzes durch die Brennkammer die von der Strömungsgeschwindigkeit der Rauchgase abhängigen Wärmeübertragungsbedingungen im Teillastbereich verbessert werden können, was zu einer Steigerung des Wirkungsgrades führt.
Die Rückführung eines Teils der über das Sauggebläse abgezogenen Rauchgase in die Brennkammer kann auch im Vollastbereich vorteilhaft eingesetzt werden, wenn es gilt, die Verbrennungstemperaturen im Hinblick auf eine Verschlackunggefahr bzw. eine Überlastung der Brennkammer zu begrenzen. Aufgrund der Wärmeabgabe im Wärmetauscher weisen die vom Gebläse abgesaugten und
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rückgeführten Rauchgase im Vergleich zu den bei der Verbrennung in der Brenn- kammer entstehenden Rauchgasen eine vergleichsweise niedrige Temperatur auf, so dass über die rückgeführten Rauchgase die Verbrennungstemperatur in der
Brennkammer entsprechend beeinflusst werden kann.
Damit die Rauchgasrückführung in die Brennkammer nicht zu einer unerwünschten Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der Rauchgaseinleitung führen kann, kann sich die Brennkammer im Mündungsbereich der Rauchgasrückleitung nach oben konisch erweitern. Die in die Brennkammer einströmenden, rückgeführten Rauchgase dürfen selbstverständlich die Strömungsbedingungen nicht nachteilig beeinflussen. Aus diesem Grunde empfiehlt es sich, die Rauchgasrückleitung in einem die Brennkammer umschliessenden Ringraum münden zu lassen, wobei die Brennkammer im Bereich des Ringraumes über den Umfang verteilte Einströmöffnungen mit einer gegen eine Umfangsrichtung geneigten Einströmrichtung aufweist.
Die in die Brennkammer im wesentlichen tangential einströmenden, rückgeführten Rauchgase üben einen Drall auf die durch die Verbrennung entstehenden Rauchgase mit der Wirkung aus, dass sich der gesamte Rauchgasstrom schraubenlinienförmig um die Achse der Brennkammer bewegt, was die für eine vollständige Verbrennung erforderliche gute Durchwirbelung der Rauchgase mit der Sekundärluft vorteilhaft unterstützt.
Zur Steuerung der in die Brennkammer rückgeführten Rauchgasmenge können unterschiedliche konstruktive Massnahmen gesetzt werden. Eine Möglichkeit ergibt sich, wenn die Drehzahl des Sauggebläses verändert wird. Mit der Änderung der Drehzahl des Sauggebläses ändert sich allerdings auch die Ansaugleistung, wobei das Verhältnis zwischen dem rückgeführten Rauchgasanteil zum gesamten Rauchgasstrom weitgehend gleich bleibt. Der Einfluss auf das Sauggebläse kann entfallen, wenn auf der Druckseite des Sauggebläses in Strömungsrichtung nach der Abzweigung der Rauchgasrückleitung eine verstellbare Drosselklappe vorgesehen wird. Mit einem zunehmenden Schliessen dieser Drosselklappe erhöht sich der Staudruck auf der Druckseite des Sauggebläses, was einen erhöhten Rauchgasdurchsatz durch die Rauchgasrückleitung zur Folge hat.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, in der Rauchgasrückleitung eine verstellbare Drosselklappe
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anzuordnen, die im Bedarfsfall die durch die Rauchgasrückleitung strömende
Rauchgasmenge drosselt. Durch die Kombination von Drosselklappen sowohl in der Rauchgasrückleitung als auch auf der Druckseite des Sauggebläses in Strö- mungsrichtung hinter der Rauchgasrückleitung kann somit allen Anforderungen entsprochen werden.
Um die Betriebsbedingungen an den jeweiligen Belastungsfall des Heizkessels automatisch anzupassen, können die Drehzahl des Sauggebläses und/oder die Stellung der Drosselklappen in Abhängigkeit vom Rauchgasdurchsatz und/oder der Rauchgastemperatur gesteuert werden.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen Fig. 1 einen erfindungsgemässen Heizkessel mit einem Brenner zum Verbrennen stückeligen Brennstoffes in einem schematischen Schnitt und Fig. 2 die Brennkammer des Brenners in einem achsnormalen Schnitt im Mün- dungsbereich der Rauchgasrückleitung nach der Linie 11-11 der Fig. 1 in ei- nem grösseren Massstab.
Der dargestellte Heizkessel weist ein Gehäuse 1 mit einem Brenner 2 auf, dessen Brennkammer mit 3 bezeichnet ist. Diese Brennkammer 3 ist mit einem Bodenrost 4 versehen, der in einer die Brennkammer 3 nach unten abschliessenden Wanne 5 angeordnet ist und mit der Wanne 5 um eine Schwenkachse 6 zur Entleerung der anfallenden Asche abgeklappt werden kann. Die Asche fällt dabei in einen Ascheraum 7. Zur Versorgung des Brenners 2 mit Primär- und Sekundärluft ist die Brennkammer 3 von Ringräumen 8 und 9 umschlossen, die einerseits an eine Primärluftzufuhr 10 und anderseits an eine Sekundärluftzufuhr 11 angeschlossen sind.
Während die Ringkammer 8 über eine bodenseitige Durchtrittsöffnung 12 mit der Wanne 5 in Strömungsverbindung steht, so dass die Primärluft von unten durch den Bodenrost 4 in die Brennkammer 3 strömt, weist die Brennkammer 3 im Bereich des Ringraumes 9 Durchtrittsöffnungen 13 für den Sekundärluftzutritt auf. Die Brennstoffzufuhr erfolgt in herkömmlicher Weise über eine Förderschnecke, die abwurfseitig an ein geneigtes Fallrohr 14 anschliesst, das an die Brennkammer 3 angesetzt ist.
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Im Anschluss an eine Nachverbrennungsstrecke 15 der Brennkammer 3 werden die beim Verbrennen des Brennstoffes entstehenden Rauchgase umgelenkt, um einen Wärmetauscher 16 in Rohren 17 zu durchströmen, wie dies durch entsprechende
Strömungspfeile in der Fig. 1 angedeutet ist. Die Rauchgasströmung wird durch ein
Sauggebläse 18 erzwungen, dessen Gebläserad 19 in einem spiralförmigen Gehäuse 20 gelagert ist, das über einen Strömungskanal 21 mit einem Rauchgasauslass 22 verbunden ist.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Sauggebläsen zweigt vom Spiralgehäuse 20 eine Rauchgasrückleitung 23 ab, die in einen Ringraum 24 mündet, der die Brennkammer 3 zwischen den Ringkammern 8 und 9 umschliesst. Die Brennkammer 3 erweitert sich im Bereich dieses Ringraumes 24 konisch nach oben und weist über den Umfang verteilte, vertikal ausgerichtete Einströmöffnungen 25 auf. Wie der Fig. 2 entnommen werden kann, sind die Einströmöffnungen 25 so ausgebildet, dass die vom Sauggebläse 18 über die Rauchgasrückleitung 23 rückgeführten Rauchgase in einer vorgegebenen Umfangsrichtung geneigt in die Brennkammer 3 einströmen, so dass sich aufgrund der dadurch bedingten tangentialen Strömungskomponente eine Drallwirkung auf die Rauchgasströmung in der Brennkammer 3 ergibt.
Zu diesem Zweck werden die Einströmöffnungen 25 durch Längsschlitze in der Brennkammerwand gebildet, wobei die Längsränder dieser Längsschlitze einerseits nach innen und anderseits nach aussen aus der Wandfläche gebogen sind, so dass sich zwischen diesen ausgebogenen Längsrändern düsenartig gerichtete Einströmöffnungen ergeben, deren Strömungsrichtung eine ausgeprägte tangentiale Komponente aufweist.
Aufgrund der Rauchgasrückleitung 23 zwischen dem Sauggebläse 18 und der Brennkammer 3 kann der Brennkammer 3 bei Bedarf ein Anteil des vom Sauggebläse 18 abgesaugten Rauchgases zugeführt werden, um entweder die durch die Brennkammer 3 strömende Gasmenge unabhängig vom jeweiligen Heizkesselbetrieb in vorgegebenen Grenzen zu halten oder die Verbrennungstemperatur in der Brennkammer 3 zu beschränken. Es muss hiefür lediglich für eine dosierte Rauchgasrückführung zur Brennkammer 3 gesorgt werden Dies kann über eine Veränderung der Drehzahl des Gebläsemotors 26 erfolgen. Zu diesem Zweck können aber auch Drosselklappen 27 und 28 einerseits im Strömungskanal 21 und anderseits in der
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Rauchgasrückleitung 23 eingesetzt werden.
Mittels der Drosselklappe 27 kann der über die Rauchgasrückleitung 23 strömende Rauchgasanteil im Verhältnis zum gesamten Rauchgasstrom vergrössert und mittels der Drosselklappe 28 verringert werden. Durch eine einfache Steuerung kann auf die Drehzahl des Gebläsemotors 26 und/oder die Stellung der Drosselklappen 27 und 28 die Rauchgasrückführung zur Brennkammer 3 in Abhängigkeit vom Rauchgasdurchsatz und/oder von der Verbrennungstemperatur in der Brennkammer 3 Einfluss genommen werden, um eine entsprechende Regelung dieser Parameter sicherzustellen.
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The invention relates to a boiler with a burner for burning particulate fuel, in particular wood pellets, with a combustion chamber having a bottom grate, which can be loaded with fuel from above, which is connected below to a primary air supply and at a distance above the bottom grate to a secondary air supply, with a the heat exchanger through which the flue gases flow for heating a heat carrier and with a suction fan downstream of the heat exchanger in the flow direction of the flue gases and opening on the pressure side into a flue gas outlet.
For burning piece fuels, in particular wood pellets, it is known (AT 406 413 B) to provide a burner with a combustion chamber which can be loaded from above and which has a closable bottom grate for receiving the fuel with a central passage for the primary air. At a distance above the floor grate, the combustion chamber is connected to a secondary air supply for post-combustion of the flue gases, which opens into an annular space surrounding the combustion chamber, from which openings lead into the combustion chamber.
Since the amount of flue gas generated depends on the fuel throughput, a reduced amount of flue gas can be expected in the partial load range, which can lead to incomplete combustion due to the associated impairment of the turbulence, especially between the flue gases and the secondary air. In the full-load range, combustion residues can slag due to high combustion temperatures.
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The invention is therefore based on the object of designing a boiler with a burner for burning particulate fuel, in particular wood pellets, of the type described at the outset with simple structural measures such that the combustion conditions in the part-load range can be improved.
In addition, high combustion risk in the full-load range, which entails a risk of slagging of the combustion residues, should be avoided.
The invention solves this problem in that a flue gas return line branches off from the pressure side of the suction fan and is connected to the combustion chamber between the floor grate and the secondary air supply.
The proposed measure, via the flue gas return line branched off from the pressure side of the suction fan, feeds additional flue gases in the flow direction before the secondary air supply to the combustion chamber, can be ensured in a simple manner the amount of flue gas required for good swirling, even in the partial load range, without operating the burner with excess air have to. The flue gases recirculated into the combustion chamber can therefore ensure complete afterburning of the flue gases with the aid of the supplied secondary air, without having to change the primary and secondary air supply, which are matched to the respective load range. As a direct consequence of this, the carbon dioxide content of the flue gases increases noticeably, while the carbon monoxide content decreases accordingly.
In addition, because of the largely constant flue gas throughput through the combustion chamber, the heat transfer conditions dependent on the flow rate of the flue gases can be improved in the partial load range, which leads to an increase in efficiency.
The return of part of the smoke gases drawn off via the suction fan into the combustion chamber can also be used advantageously in the full-load range if the combustion temperatures have to be limited with regard to the risk of slagging or overloading the combustion chamber. Due to the heat given off in the heat exchanger, the suction and extraction from the fan
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recirculated flue gases have a comparatively low temperature in comparison to the flue gases generated in the combustion chamber during combustion, so that the combustion temperature in the
Combustion chamber can be influenced accordingly.
So that the flue gas return into the combustion chamber cannot lead to an undesirable increase in the flow velocity in the area of the flue gas introduction, the combustion chamber can expand conically in the mouth area of the flue gas return line. The recirculated flue gases flowing into the combustion chamber must of course not adversely affect the flow conditions. For this reason, it is advisable to have the flue gas return line open in an annular space surrounding the combustion chamber, the combustion chamber in the area of the annular space having inflow openings distributed over the circumference with an inflow direction inclined against a circumferential direction.
The recirculated flue gases flowing essentially tangentially into the combustion chamber exert a swirl on the flue gases produced by the combustion with the effect that the entire flue gas stream moves helically around the axis of the combustion chamber, which results in the good swirling of the flue gases required for complete combustion advantageously supported with the secondary air.
Various design measures can be taken to control the amount of flue gas returned to the combustion chamber. One possibility arises if the speed of the suction fan is changed. With the change in the speed of the suction fan, however, the suction power also changes, the ratio between the recirculated flue gas component to the total flue gas flow remaining largely the same. The influence on the suction fan can be eliminated if an adjustable throttle valve is provided on the pressure side of the suction fan in the flow direction after the flue gas return line has branched off. With increasing closing of this throttle valve, the dynamic pressure on the pressure side of the suction fan increases, which results in an increased flue gas throughput through the flue gas return line.
Another possibility is an adjustable throttle valve in the flue gas return line
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to be arranged, which, if necessary, flows through the flue gas return line
The amount of flue gas throttles. The combination of throttle valves both in the flue gas return line and on the pressure side of the suction fan in the direction of flow behind the flue gas return line means that all requirements can be met.
In order to automatically adapt the operating conditions to the particular load of the boiler, the speed of the suction fan and / or the position of the throttle valves can be controlled depending on the flue gas throughput and / or the flue gas temperature.
The subject matter of the invention is shown in the drawing, for example. 1 shows a boiler according to the invention with a burner for burning particulate fuel in a schematic section, and FIG. 2 shows the combustion chamber of the burner in an axially normal section in the mouth area of the flue gas return line according to line 11-11 of FIG. on a larger scale.
The boiler shown has a housing 1 with a burner 2, the combustion chamber of which is designated 3. This combustion chamber 3 is provided with a bottom grate 4, which is arranged in a trough 5 which closes the combustion chamber 3 downwards and can be folded down with the trough 5 about a pivot axis 6 for emptying the ashes produced. The ash falls into an ash chamber 7. To supply the burner 2 with primary and secondary air, the combustion chamber 3 is surrounded by annular spaces 8 and 9, which are connected on the one hand to a primary air supply 10 and on the other hand to a secondary air supply 11.
While the annular chamber 8 is in flow connection with the trough 5 via a bottom-side passage opening 12 so that the primary air flows from below through the floor grate 4 into the combustion chamber 3, the combustion chamber 3 has passage openings 13 in the region of the ring space 9 for the secondary air access. The fuel is supplied in a conventional manner via a screw conveyor, which on the discharge side connects to an inclined downpipe 14 which is attached to the combustion chamber 3.
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Following a post-combustion section 15 of the combustion chamber 3, the flue gases generated during the combustion of the fuel are deflected in order to flow through a heat exchanger 16 in pipes 17, as is the case with corresponding ones
Flow arrows in Fig. 1 is indicated. The flue gas flow is through a
Suction fan 18 forced, the impeller 19 is mounted in a spiral housing 20 which is connected via a flow channel 21 to a flue gas outlet 22.
In contrast to conventional suction fans, a flue gas return line 23 branches off from the spiral housing 20 and opens into an annular space 24 which surrounds the combustion chamber 3 between the annular chambers 8 and 9. The combustion chamber 3 widens conically upward in the region of this annular space 24 and has vertically oriented inflow openings 25 distributed over the circumference. As can be seen from FIG. 2, the inflow openings 25 are designed such that the flue gases returned from the suction fan 18 via the flue gas return line 23 flow into the combustion chamber 3 at an incline in a predetermined circumferential direction, so that a swirl effect occurs due to the tangential flow component caused thereby the flue gas flow in the combustion chamber 3 results.
For this purpose, the inflow openings 25 are formed by longitudinal slots in the combustion chamber wall, the longitudinal edges of these longitudinal slots being bent inwards and outwards from the wall surface on the one hand, so that inflow openings directed in the manner of nozzles result between these bent-out longitudinal edges, the flow direction of which is a pronounced tangential component having.
Due to the flue gas return line 23 between the suction fan 18 and the combustion chamber 3, the combustion chamber 3 can, if necessary, be supplied with a portion of the flue gas extracted by the suction fan 18, in order either to keep the amount of gas flowing through the combustion chamber 3 within predetermined limits regardless of the respective boiler operation or the combustion temperature restrict in the combustion chamber 3. It is only necessary to ensure a metered return of flue gas to the combustion chamber 3. This can be done by changing the speed of the blower motor 26. For this purpose, however, throttle valves 27 and 28 on the one hand in the flow channel 21 and on the other hand in the
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Flue gas return line 23 are used.
By means of the throttle valve 27, the proportion of flue gas flowing via the flue gas return line 23 can be increased in relation to the total flue gas flow and reduced by means of the throttle valve 28. By means of a simple control, the speed of the blower motor 26 and / or the position of the throttle valves 27 and 28, the flue gas return to the combustion chamber 3 depending on the flue gas throughput and / or the combustion temperature in the combustion chamber 3 can be influenced in order to regulate these parameters accordingly sure.