Verfahren zur Verfeuerung von Brennstoen, insbesondere flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe, und Heizkessel zur Ausübung des Verfahrens Es sind Heizvorrichtungen für flüssige Brennstoffe bekannt,
bei denen die in den Verbrennungsraum ein geführte Flamme ausserhalb der Längsachse des Feuerungsraumes entlang der obern Kesselwandung eingeführt und die Heizgase am hintern Ende des Feuerungsraumes umgelenkt und dem untern Wan- dungsteil des Kessels entlang einer verhältnismässig grossen Austrittsöffnung zugeführt werden, zum Zwecke, Strahlungswärme an einen grossen Teil der Feuerbüchse abzugeben.
Es wurde auch bereits vorgeschlagen, die Flamme in Form eines Ovals durch den Feuerungsraum zu führen und ihr am Anfang ihres Weges zwecks Her beiführung eines guten Brennstoffgemisches Sekun därluft zuzuführen, wobei die Rauchgase ungehinder ten Abzug fanden.
Bei einer anderen Ausführungsform eines Hei zungskessels sind die Einströmdüsen gegen den Bo den des Feuerungsraumes gerichtet, um im Feue- rungsraum eine wilde Wirbelung zu erzielen. Eine verhältnismässig grosse Anzahl von an der Decke des Feuerungsraumes vorgesehenen Abzugsrohren ermög licht dabei ungehinderten Abzug der Rauchgase aus dem Feuerungsraum.
Durch das österreichische Patent Nr. 139183 wurde ein Verfahren zur Verbrennung flüssiger Brennstoffe bekannt, bei dem ein Teil der noch sehr heissen Verbrennungsgase mit der einströmenden Luft gemischt und nach der Stelle, wo die Verbrennung beginnt, zurückgeführt wird.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des vorer wähnten Verfahrens ist derart ausgebildet, dass die Verbrennungsgase innerhalb des Heizraumes einen Spiralwirbel bilden, wobei am Ende des Heizraumes ein Teil der Verbrennungsgase über eine ausserhalb des Feuerungsraumes liegende Rückführleitungzur Einströmöffnung zurückgeführt wird.
Diesen bekannten Verfahren gegenüber unter scheidet sich das den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende Verfahren zur Verfeuerung von Brennstoffen, insbesondere flüssiger und gasförmiger Brennstoffe, bei dem die Flamme unter Gebläsewir- kung in den Feuerungsraum eingeführt wird, dadurch, dass die Verbrennungsheizgase im Feuerungsraum im Gegenstrom zur Flamme zurückgeleitet und aus dem Rückstrom teilweise der Flamme zugeleitet werden.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird er reicht, dass noch unverbrannte Gasteilchen im Rück strom an die Flamme herangeführt werden, wodurch eine praktisch restlose Verbrennung erfolgt.
Durchgeführte Versuche an einem Heizkessel haben ergeben, dass die zurückgeführten Verbren nungsheizgase auf ihrem Weg zum Teil die Achse der Flamme kreuzen und dass das Abstrahlungs- medium im Feuerungsraum kugelähnliche Form an nimmt, wodurch ein maximaler Abstrahlungseffekt erzielt wird.
Das beschriebene Verfahren wird zweckmässig in der Weise durchgeführt, dass im Feuerungsraum zu folge der unter verhältnismässig hohem Gebl'äsedruck eingeführten Flamme und der einen verhältnismässig geringen Austrittsquerschnitt aufweisenden Rauch rohre ein Überdruck in bezug auf die Atmosphäre erzeugt wird.
Auf der Zeichnung sind drei Heizkessel zur Aus übung von Beispielen des erfindungsgemässen Ver fahrens dargestellt, und zwar zeigt: Fig. 1 einen Vertikalschnitt und Fig. 2 einen Längsschnitt des Heizkessels gemäss dem ersten Ausführungsbeispiel, während Fig. 3 eine Einzelheit in grösserem Massstab in einem Schnitt veranschaulicht, Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch den Heizungs kessel gemäss dem zweiten Ausführungsbeispiel, von vorne gesehen, Fig.5 einen Längsschnitt durch den nämlichen Kessel und Fig. 6 und 7 Einzelheiten,
Fig. 8 einen Längsschnitt durch den Heizkessel gemäss dem dritten Ausführungsbeispiel, Fig. 9 und 11 je einen Vertikalschnitt durch zwei zum Heizkessel gemäss dem dritten Ausführungsbei spiel gehörige Detailvarianten und Fig. 10 eine Vorderansicht des Kessels nach Fig. B.
Bei dem Heizungskessel gemäss dem Ausfüh rungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 ist mit G das Gehäuse bezeichnet, das den Wassermantel W um schliesst. 1 bezeichnet den zylinderförmigen Feue- rungsraum, der von der Feuerbüchse 2 ummantelt ist. Die Feuerbüchse 2 ist beim dargestellten Beispiel als Hohlzylinder ausgebildet und hinten durch einen bombierten Boden vollständig abgeschlossen und vorn durch die Türe 3 verschliessbar.
Die Feuerungstüre 3 besitzt in ihrem untern Teil, und zwar unterhalb der Längsachse des Feuerungsraumes 1, eine zur Auf nahme des Brennerrohres eines - weil bekannt nicht näher dargestellten Ölbrenners dienende öff- nung 4. Die Feuerbüchse 2 ruht auf dem trapezför- migen Querschnitt aufweisenden Sockel 5, der sich frei beweglich auf der Unterlage 6 abstützt, so dass er durch Wärmeeinwirkung bedingte Ausdehnungen der Feuerbüchse 2 mitmachen kann und schädliche Spannungen vermieden werden.
Das von dem Rück- laufstutzen 7 (Fig.2) durch den als Rücklaufkanal ausgebildeten Sockel 5 strömende Rücklaufwasser tritt durch die an den beiden Längsseiten des Sok- kels 5 vorgesehenen Austrittsöffnungen 8 in den un tern Teil des Wassermantels W ein und bewirkt in demselben eine intensive Durchwirbelung des Was sers,
so dass die in der Feuerbüchse erzeugte Wärme von deren Wandung ununterbrochen an das im Was sermantel W befindliche Wasser abgegeben wird und die Feuerbüchse 2 trotz höchster Beaufschlagung durch die Heizgase keinen Schaden nimmt.
Die Feuerbüchse 2 ist oben an ihrem vordern Ende mit einem kammerartigen Aufsatz q versehen, an den die vordern Enden der den Wassermantel W durchziehenden Rauchrohre 10 angeschlossen sind, deren andere Enden in, den Economiser 11 (Fig. 2) einmünden, von dem aus das vorgewärmte Wasser in nicht gezeigter Weise entweder durch den Anschluss stutzen 7 oder den Anschlussstutzen 12 dem Wasser mantel W zugeführt wird.
Die Rauchrohre 10 sind durch die Düsen 13 (Fig. 3) an den kammerartigen Aufsatz 9 angeschlos sen. Wie aus Fig. 3 der Zeichnung ersichtlich, sind die Eintrittsöffnungen der Düsen 13 erweitert, so dass der Eintritt der Rauchgase mit geringstem Widerstand erfolgen kann. Durch die beschriebene Anordnung der Düsen 13 wird noch der weitere Vorteil er reicht, dass bei einer eventuell notwendig werdenden Auswechslung eines Rauchrohres 10 die Trennung und nachherige Wiedervereinigung an der Schweiss stelle erfolgen kann, ohne dass die benachbarte Wan dung des Aufsatzes beschädigt werden muss.
Die Rauchrohre 10 sind beim gezeichneten Bei spiel in bekannter Weise mit schraubenlinienförmigen Einlagen 14 (Fig.2) ausgerüstet, um eine bessere Durchwirbelung und Vergrösserung der Wärmeabgabe fläche zu erzielen. Es ist auch eine Ausführung der Rauchrohre denkbar, gemäss welcher diese rillenför- mig ausgebildet sind.
Bei Durchführung des entsprechenden erfindungs gemässen Verfahrens mit dem dargestellten Heizkes sel wird die Flamme vom Brenner, wie aus Fig. 2 der Zeichnung ersichtlich, unterhalb der Längsachse des Feuerungsraumes in den Feuerungsraum 1 eingebla sen.
Indem die Feuerbüchse 2 hinten vollständig ge schlossen ist, wird im Feuerungsraum 1 durch die unter dem Einfluss eines nicht gezeichneten Gebläses stehende Flamme ein überdruck in bezug auf die Atmosphäre erzeugt, der eine Umlenkung der Ver- brennungsheizgase am hintern Ende der Feuerbüchse 2 bewirkt, und indem dieselben nur durch die sich auf der Brennerseite befindlichen, verhältnismässig engen Querschnitt aufweisenden Einströmöffnungen der Rauchrohre 10 entweichen können, werden sie im Gegenstrom zur einströmenden Flamme zurück geführt, wobei sich gezeigt hat,
dass ein Teil der Gase, wie in Fig. 2 mit Pfeilen angedeutet, zur Flamme hinströmt, was zur Folge hat, dass noch nicht verbrannte Gasteilchen erneut an die Flamme herangeführt werden, so dass praktisch eine restlose Verbrennung erzielt wird. Umfangreiche Versuche haben ergeben, dass ein Teil der umgelenkten, im Gegenstrom zurückfliessenden Heizgase auf ihrem Weg die Flammenachse kreuzt, so dass im Feuerungs- raum ein kugelähnliches Abstrahlungsmedium erzeugt und dadurch eine maximale und gleichmässige Be- aufschlagung der Feuerbüchse erzielt wird.
Durch Anwendung des beschriebenen Verfahrens können mit einem Zweizug-Heizkessel vorteilhaftere Wirkungen erzielt werden als bisher mit einem Drei zug-Kessel, dabei aber mit dem Unterschied, dass der erfindungsgemässe Kessel konstruktiv viel einfacher und von gedrängter Bauart gehalten werden kann.
Indem die Feuerbüchse auf einem frei auf einer Unterlage ruhenden Sockel 5 angeordnet ist, kann dieselbe durch Wärmeeinwirkung entstehende Aus dehnungen mitmachen, ohne dass schädliche Span nungen entstehen. Weil der Sockel 5 als Kanal für das Rücklaufwasser ausgebildet und an beiden Längs seiten mit Austrittsöffnungen versehen ist, wird durch das austretende Rücklaufwasser eine intensive Wirbel bildung im Wasserbehälter W erzielt, wodurch eine gute Wärmeabfuhr erreicht wird.
Weil die an den Rauchrohren 10 vorgesehenen Düsen 13 an der Einströmseite erweitert sind, wird ein ungehinderter Abzug der Rauchgase gewährleistet. Die beschriebenen Düsen erlauben gleichzeitig eine verhältnismässig leicht lösbare Verbindung der Rauch rohre, falls diese ausgewechselt werden müssen.
Der beschriebene Heizkessel benötigt keine sepa raten Umkehrkammern für die Verbrennungsheizgase, wodurch wiederum ein erheblicher Widerstand in Wegfall kommt, Sauggebläse entbehrlich werden und Konstruktion sowie Installation wesentlich vereinfacht werden.
Indem der beschriebene Heizkessel lediglich eine Abgasführung ins Freie benötigt, können die Kamin querschnitte derart klein gehalten werden, dass sie nur einen Bruchteil der sonst üblichen Kaminquerschnitte ausmachen.
Die Praxis hat gezeigt, dass mit dem beschriebenen Heizkessel eine restlose Verbrennung selbst bei Ver wendung von Schweröl ohne Schamottierung möglich ist, wobei weder Russ- noch Koksansatz im Kessel fest stellbar sind.
Beim Heizkessel gemäss dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 bis 7 sind der Einfachheit halber die jenigen Teile, die mit dem Heizkessel gemäss dem ersten Ausführungsbeispiel übereinstimmen, mit den nämlichen Bezugszeichen versehen. An Stelle des kammerartigen Aufsatzes 9 ist die Feuerungstüre 3 nahe ihrem obern Ende inwendig mit einem Kanal 1<B>5</B> versehen, durch den die der Feuerbüchse 2 entströ menden Heizgase zu den Rauchrohren 10 geleitet wer den, von wo sie zum Economiser 11 gelangen, von dem durch die Leitung 16 (Fig. 7) das vorgewärmte Wasser tangential in den Wassermantel W eingeführt wird.
Dadurch wird eine besonders intensive Wirbe- lung des Wassers und dadurch eine sehr rasche Wärmeabfuhr von der Feuerbüchse erzielt.
Die Feuerbüchse 2 ist an ihrem hintern Ende mit einem Fortsatz 17 (Fig. 5) versehen, der lose auf der Tragschiene 18 aufliegt.
Die Wirkungsweise des Heizkessels gemäss dem zuletzt beschriebenen Ausführungsbeispiel entspricht im wesentlichen derjenigen des erstbeschriebenen Bei spiels.
Praktische Erfahrungen mit dem Heizkessel ge mäss den beschriebenen Ausführungsbeispielen haben gezeigt, dass die Belastungsmöglichkeit das Mehrfache gegenüber andern Heizkesseln beträgt.
Statt wie gezeichnet unterhalb der Längsachse der Feuerbüchse 2, könnte der Brenner auch oberhalb oder seitlich derselben angeordnet sein, in welchen Fällen die Rauchrohre unterhalb bzw. seitlich der Feuerbüchse angeordnet würden.
Durch Einsatz eines Stabrostes in die Feuerbüchse können die beschriebenen Heizkessel auch für feste Brennstoffe verwendet werden, in welchem Falle die Kessel mit einem Gebläse zur Führung der Heizgase ausgerüstet werden.
Es hat sich gezeigt, dass bei Ölfeuerungen bei Ver wendung besonders schwer verbrennbarer Heizöle eine starke Verschmutzung der Heizflächen durch Russbil- dung stattfindet, ferner dass durch den im Heizöl ent haltenen Schwefel Korrosionsschäden entstehen kör- nen. Um diese Nachteile zu beheben, hat man bereits vorgeschlagen, eine Verbesserung des Verbrennungs vorganges durch Rauchgasrückführung zu erreichen.
Dabei hat sich gezeigt, dass die feinen Aschenteilchen der Rauchgase als Additiv in den Verbrennungsgasen die Schwefelverbindungen binden und dadurch die Korrosion vermindern.
Die kauchgasrückführung wurde bisher in der Weise bewirkt, d'ass man einen Teil der heissen Rauch gase am hintern Kesselende abzapfte und um den Feuerungsraum herum zur Brennerdüse leitete. Als Nachteil hat sich dabei erwiesen, dass besondere auf wendige Rückleitungsorgane notwendig waren, die in folge der Hitzeeinwirkung einem grossen Verschleiss unterworfen waren.
Es hat sich nun gezeigt, dass in Verbindung mit dem erfindungsgemässen Verfahren eine Rauchgas rückführung auf denkbar einfache Weise erfolgen kann, wie aus den nachfolgend beschriebenen Aus führungsbeispielen hervorgeht.
Beim Heizkessel gemäss dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 8, 9 und 10, bei dem der Einfachheit halber die entsprechenden Teile mit den nämlichen Bezugszeichen versehen sind wie beim erstbeschrie benen Ausführungsbeispiel, wird das Brennerrohr 19 durch die in der Feuerungstüre 3 vorgesehene Öffnung 4 eingeführt. Die Feuerungstüre 3 ist zweckmässiger weise mit einer Auskleidung aus feuerfestem Mate rial, z. B. Schamotte, versehen.
Die Öffnung 4 besitzt auf der Seite des Feuerungsraumes 1 .eine trichterför mige, mit zwei seitlichen Kammern 20' versehene Er weiterung 20, innerhalb welcher vor dem Brennerrohr 19 der zum Beispiel aus feuerfestem Material beste hende Trichter 21 angeordnet ist.
Der Trichter 21 ist von solchem Durchmesser gewählt, dass zwischen ihm und der Wand der trichterförmigen Ausnehmung 20 bzw. ihrer Kammern 20' zwei Durchlassöffnungen 22 (Fig. 10) bestehen, durch welche ein Teil der im Feue- rungsraum 1 befindlichen heissen Rauchgase,
sei es zufolge des im Feuerungsraum herrschenden über druckes oder durch die durch die einströmende Flamme in der Umgebung der Durchlassöffnungen 22 beim Betrieb entstehende Sogwirkung, vor die Stau scheibe 23, die sich an der Mündung 24 des Brenner rohres 19 befindet, geführt werden, um sich dort mit der Verbrennungsluft zu vermischen.
Durch entsprechende axiale Verschiebung des Brennerrohres 19 kann der Durchlass der Rauchgase von aussen innert gewissen Grenzen reguliert werden.
Während beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 8, 9 und 10 die Stauscheibe 23 vor der Mündung 24 des Brennerrohres 19 angeordnet ist, befindet sich dieselbe bei der Detailvariante nach Fig. 11 in der dargestellten Lage an der erweiterten Austrittsöffnung des Trichters 21.
Dabei sind sowohl das Brennerrohr 19 wie auch der Düsenkopf 25 und die Stauscheibe 23 durch nicht dargestellte, von aussen betätigbare Or gane axial verstellbar, um auf bequeme Weise eine den jeweiligen Verhältnissen entsprechende Regulie rung der Rauchgaszufuhr direkt in die Verbrennungs- luft zu erreichen, um die für die jeweilige Verbren nung ideale Rauchgas-Luftmischung herbeizuführen.
Wird die Stauscheibe 23 in Richtung des Pfeiles P (Fig. 11) verschoben, so verengert sich die Durchlass- öffnung im Trichter 21.
Es ist auch eine Ausführung der Stauscheibe 23 zum Beispiel nach Art einer Photoapparate-Blende denkbar, gemäss welcher die Stauscheibe statt axial verschiebbar im Durchmesser veränderbar ist, zum Zwecke, den Durchlass der Rauchgase regulieren zu können. Eine solche Regulierung ist besonders dann erwünscht, wenn nacheinander Öle verschiedener Qualität zur Verwendung gelangen.
Das erfindungsgemässe Verfahren und die zur Ausübung desselben dienenden Heizkessel ermögli chen, wie die Praxis gezeigt hat, eine optimale Ab gabe von Strahlungswärme an die Feuerbüchse. Indem ein Teil der zurückströmenden Verbrennungsheizgase der einströmenden Flamme zugeleitet wird, wird eine vorzügliche Verbrennung aller noch in jenem Teil ent haltenen brennbaren Gasteilchen bewirkt.
Die Praxis hat gezeigt, dass durch Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens eine Verschmutzung der Heizflächen weitgehend verhindert werden kann.
Die Heizkessel gemäss den beschriebenen Ausfüh rungsbeispielen sind von ausserordentlich einfacher und gedrängter Bauart, sie können daher preisgünstig hergestellt werden, und sie erfordern bei grosser Lei stung verhältnismässig wenig Platz.
Indem die Heizkessel gemäss den beschriebenen Ausführungsbeispielen nur einen verhältnismässig ge ringen Wasserinhalt aufweisen, benötigen sie eine nur sehr kurze Aufheizzeit. Sie besitzen pro m2 Heizfläche eine relativ grosse Leistung bei gleichzeitig maximalem Wirkungsgrad.