BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft einen Feuerungskessel für die Erzeugung von Wärme, mit einer Brennkammer zur Verbrennung von festen Brennstoffen, insbesondere von Holzmaterialien und zur teilweisen Vergasung derselben sowie zur nachfolgenden Nachverbrennung der Rauchgase und der darin enthaltenen Feststoffe.
Es ist bekannt, feste Brennstoffe, insbesondere Holz in seinen verschiedenen Formen, in einfachen Öfen zu verbrennen, um damit Wärme zu erzeugen. Diese bekannten Öfen sind im wesentlichen als einfacher Schachtofen ausgebildet, der von oben beschickt werden kann und bodenseitig unter einem Rost einen Aschenraum zur Entfernung der anfallenden Asche aufweist.
Diese bekannten Öfen erlauben jedoch nicht, eine möglichst vollständige Verbrennung der festen Brennmaterialien zu erreichen. Deshalb ist es nicht zu vermeiden, dass mit den Rauchgasen nicht verbrannte Partikel in die Aussenatmosphäre gelangen. Dementsprechend gross ist dann auch die Belastung der Umwelt.
Zwar ist es bekannt, den Wirkungsgrad einer Feuerung dadurch zu verbessern, dass die Mischung des Brennstoffes mit der Verbrennungsluft durch konstruktive Massnahmen intensiviert werden kann, siehe z. B. die US-PS 3 500 775 und CA-PS 975 616. Solche Verbesserungen führen jedoch fast zwangsläufig zu einer Erhöhung des Bauaufwandes und damit auch der Kosten.
Weiter ist es bekannt, eine Verbesserung der Verbrennung dadurch zu erreichen, dass der Brennstoff zusätzlich behandelt wird, z. B. bei Kohlenstaub-Feuerungen, für deren Betrieb die Kohle zuerst fein zerkleinert werden muss.
Hier setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrundeliegt, einen Feuerungskessel der eingangs beschriebenen Art so weiter auszugestalten, dass er einerseits in seinem Aufbau einfach und als kompakte Baueinheit gestaltet werden kann und andererseits einen hohen Feuerungswirkungsgrad erreicht mit entsprechend geringerer Belastung der Umwelt.
Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass der Brennkammer eine von derselben örtlich getrennte Nachbrennkammer nachgeschaltet ist, welche mit der Brennkammer durch ein Mischrohr verbunden ist, welches mit mindestens einer Verbindung für die Zuleitung von Sekundärluft versehen ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 einen Vertikalschnitt eines Feuerungskessels mit getrennter Brennkammer und Nachbrennkammer,
Fig. 2 einen teilweisen Schnitt des Feuerungskessels nach Fig. 1 längs der Linie II-II in Fig. 1 und
Fig. 3 einen Teilschnitt des Feuerungskessels nach Fig. 1 längs der Linie III-III in Fig. 1.
Der in Fig. 1 in einem Vertikalschnitt dargestellte Feuerungskessel stellt eine kompakte Einheit dar, die in einem Gehäuse 1 untergebracht ist. An der Vorderseite des Gehäuses 1 ist eine Ofentüre 2 schwenkbar befestigt, welche mindestens teilweise mit einer feuerfesten Verkleidung ausgestatten ist. In der Kesselfront 2 sind weiter ein mit einer Klappe 5 versehener Stutzen 6, ein Rohr 52 und Öffnungen 53 vorgesehen, durch welche Durchgänge Primärluft angesaugt wird.
In dem Gehäuse 1 unmittelbar hinter der Gehäusevorderfront ist eine Brennkammer 7 angeordnet, welche ebenfalls mit einer feuerfesten Verkleidung, z. B. aus Schamottesteinen, versehen sein kann und sich aus einer Bodenverkleidung 8, Seitenwandverkleidungen 9 und einer Rückseitenwand 10 zusammensetzt. In der Bodenverkleidung 8 ist zudem ein Rost 11 eingebaut, der eine Öffnung 12 abdeckt, durch die die Asche in den darunterliegenden Aschenraum befördert wird. Der Aschenraum 13 ist durch eine Türe 14 zugänglich.
Auf der Rückseite der Brennkammer 7 ist eine Nachbrennkammer 15 angeordnet, welche mit der Brennkammer 7 durch ein Mischrohr 17 verbunden ist. Das Mischrohr 17 ist in einer Öffnung der rückwandseitigen feuerfesten Verkleidung 10 eingesetzt und ragt in die Nachbrennkammer 15, wobei die Mischrohrachse 18 eine solche Richtung aufweist, dass das Mischrohr 17 etwa tangential in der Nachbrennkammer 15 mündet, zwecks Erzeugung einer Drallströmung in der Nachbrennkammer 15.
Das Mischrohr 17 weist in seiner Wandung Durchgänge (nicht dargestellt) auf, z. B. Schlitze, durch welche im Feuerungsbetrieb Sekundärluft angesaugt wird. Das Mischrohr 17 ist von einem Mantelrohr 20 umgeben, wobei der dadurch gebildete Ringspalt 21 mit einem Ringraum 22 verbunden ist, welcher die Nachbrennkammer 15 umgibt.
Die Nachbrennkammer 15 weist einen kreiszylindrischen Brennraum mit einer vertikalen Achse 24 auf, welcher nach oben offen ist und durch einen Deckel 25 verschlossen ist.
Die Nachbrennkammer 15 ist durch ein aus zwei Kreisrohren 26, 27 unterschiedlichen Durchmessers gebildetes Gehäuse 28 mit dem Ringraum 22 umgeben. In dem Ringraum 22 kann die Sekundärluft zirkulieren, die durch ein Zulaufrohr 51 eintritt.
Im obern Teil der Nachbrennkammer 15 ist ein Rohrstutzen 29 angeordnet, dessen Öffnung 30 zentrisch zur Achse 24 der Nachbrennkammer 15 liegt. Der Rohrstutzen 29 durchdringt die beiden Kreisrohre 26, 27 des Gehäuses 28 und mündet in einem Wärmeaustauscher 32, der als Register ausgebildet und über der Brennkammer 7 angeordnet ist. Der Wärmeaustauscher 32 besteht im wesentlichen aus einer Anzahl Wärmeaustauschrohren 33, welche in Kopfstücken 34,35 münden, welche die Verbindung zwischen den einzelnen Wärmeaustauschrohren 33 herstellen. Das an der Vorderfront des Gehäuses 1 angeordnete Kopfstück 35 ist durch eine Türe 36 zugänglich, so dass von hier aus die Reinigung der Wärmeaustauschrohre 33 erfolgen kann. Durch ein auf dem Kopfstück 34 anschliessendes Austrittsrohr 37 können die den Wärmeaustauscher 32 durchströmenden Rauchgase abgeleitet werden.
Deckenseitig angeordnete Zusatzöffnungen 50 dienen der Reinigung des Kessels.
Durch auf der Oberseite des Gehäuses 1 angeordnete Zulaufrohre 38, 39 strömt das Heizungswasser in den Innenraum des Gehäuses 1 ein.
Ein wesentliches Element des beschriebenen Feuerungskessels stellt das Mischrohr 17 dar. Wie aus Fig. 1 und 3 ersichtlich ist, ist das Mischrohr 17 knapp über der feuerfesten Bodenverkleidung 8 in einer Nische 40 der feuerfesten Rückwandverkleidung 10 angeordnet. Die Ausbildung und Anordnung des Mischrohres 17 ist für den einwandfreien Betrieb des Feuerungskessels wesentlich. Weiter ist es für den Betrieb des Feuerungskessels erforderlich, dass ein Ventilator für den Luft- und Gastransport eingesetzt wird. Dieser kann beispielsweise in dem Austrittsrohr 37 als Saugzugventilator arbeiten.
Der beschriebene Feuerungskessel arbeitet wie folgt:
Da der beschriebene Feuerungskessel vor allem mit Spaltholz als Brennstoff arbeitet, ist die Brennkammer 7 zur Aufnahme des Spaltholzes ausgebildet. Die Grösse der Brennkammer 7 kann zweckmässig so gewählt werden, dass der Brennstoffbedarf für vierundzwanzig Stunden eingefüllt werden kann. Im untern Teil der Holzfüllung wird ein Glutbett gebildet, wobei die Rauchgase ebenfalls im Unterteil der Holzfüllung durch das Mischrohr 17 abziehen. Durch das Glutbetten wird jedoch der Austritt von Schwelgasen auch aus der Holzfüllung gefördert, wodurch eine Teilvergasung des Holzes entsteht.
Das Mischrohr 17 bildet eine Mischstrecke, in welcher die von der Brennkammer 7 eintretenden Rauch- und Schwelgase mit Sekundärluft intensiv gemischt werden. Die durch das Zulaufrohr 51 in den Ringspalt 22 einströmende Sekundärluft wird an der Wandung der Nachbrennkammer 15 vorgewärmt, bevor sie in das Mischrohr 17 angesaugt wird.
In der Nachbrennkammer 15 erfolgt der vollständige Ausbrand der Gase und der darin befindlichen Partikel. Dadurch werden ausserordentlich niedere Emissionen erreicht, die beispielsweise bei den Feststoffen unter 50 mg/m3 liegen.
Aus Fig. 1 und 2 ist der einfache und kompakte, platzsparende Aufbau des Feuerungskessels ersichtlich. Die ausserordentlich günstigen Emissionswerte werden im wesentlichen durch die beschriebene Ausbildung der Mischstrecke 17 zwischen der Brennkammer 7 und der Nachbrennkammer 15 erreicht.
DESCRIPTION
The invention relates to a firing boiler for generating heat, with a combustion chamber for the combustion of solid fuels, in particular wood materials and for the partial gasification thereof, and for the subsequent afterburning of the flue gases and the solids contained therein.
It is known to burn solid fuels, especially wood in its various forms, in simple stoves in order to generate heat. These known furnaces are essentially designed as a simple shaft furnace that can be loaded from above and has an ash chamber on the bottom under a grate to remove the ash that is produced.
However, these known stoves do not allow the solid fuels to be burned as completely as possible. It is therefore unavoidable that particles that have not been burned with the flue gases get into the outside atmosphere. The environmental impact is correspondingly high.
Although it is known to improve the efficiency of a furnace by the fact that the mixture of the fuel with the combustion air can be intensified by design measures, see e.g. B. US-PS 3 500 775 and CA-PS 975 616. However, such improvements almost inevitably lead to an increase in construction costs and thus also the costs.
It is also known to improve combustion by treating the fuel additionally, e.g. B. in coal dust furnaces, for the operation of which the coal must first be minced.
This is where the invention comes in, which is based on the object of further developing a firing boiler of the type described at the outset such that on the one hand it can be designed simply and as a compact structural unit and on the other hand it achieves a high firing efficiency with a correspondingly lower burden on the environment.
This object is achieved according to the invention in that the combustion chamber is followed by a locally separated afterburning chamber which is connected to the combustion chamber by a mixing tube which is provided with at least one connection for supplying secondary air.
An embodiment of the invention is shown in the drawing and described below. Show it
1 is a vertical section of a combustion boiler with a separate combustion chamber and afterburning chamber,
Fig. 2 is a partial section of the furnace according to Fig. 1 along the line II-II in Fig. 1 and
3 shows a partial section of the furnace according to FIG. 1 along the line III-III in FIG. 1.
The firing boiler shown in Fig. 1 in a vertical section represents a compact unit which is housed in a housing 1. On the front of the housing 1, an oven door 2 is pivotally attached, which is at least partially equipped with a fire-resistant cladding. In the boiler front 2 there are further provided a flap 5 connecting piece 6, a pipe 52 and openings 53 through which passages primary air is sucked in.
In the housing 1 immediately behind the front of the housing, a combustion chamber 7 is arranged, which is also provided with a refractory covering, e.g. B. from firebricks, can be provided and is composed of a floor panel 8, side panel 9 and a rear wall 10. In addition, a grate 11 is installed in the floor cladding 8, which covers an opening 12 through which the ashes are conveyed into the ash space below. The ash chamber 13 is accessible through a door 14.
On the back of the combustion chamber 7 there is an afterburning chamber 15 which is connected to the combustion chamber 7 by a mixing tube 17. The mixing tube 17 is inserted in an opening of the rear-side refractory lining 10 and projects into the afterburning chamber 15, the mixing tube axis 18 having such a direction that the mixing tube 17 opens approximately tangentially in the afterburning chamber 15, in order to generate a swirl flow in the afterburning chamber 15.
The mixing tube 17 has passages (not shown) in its wall, e.g. B. slots through which secondary air is sucked in the firing mode. The mixing tube 17 is surrounded by a jacket tube 20, the annular gap 21 formed thereby being connected to an annular space 22 which surrounds the afterburning chamber 15.
The afterburning chamber 15 has a circular-cylindrical combustion chamber with a vertical axis 24, which is open at the top and is closed by a cover 25.
The afterburner chamber 15 is surrounded by a housing 28 formed from two circular tubes 26, 27 of different diameters with the annular space 22. The secondary air, which enters through an inlet pipe 51, can circulate in the annular space 22.
In the upper part of the afterburning chamber 15, a pipe socket 29 is arranged, the opening 30 of which is centered on the axis 24 of the afterburning chamber 15. The pipe socket 29 penetrates the two circular tubes 26, 27 of the housing 28 and opens into a heat exchanger 32 which is designed as a register and is arranged above the combustion chamber 7. The heat exchanger 32 essentially consists of a number of heat exchange tubes 33, which open into head pieces 34, 35, which establish the connection between the individual heat exchange tubes 33. The head piece 35 arranged on the front of the housing 1 is accessible through a door 36, so that the heat exchange tubes 33 can be cleaned from here. The flue gases flowing through the heat exchanger 32 can be discharged through an outlet pipe 37 adjoining the head piece 34.
Additional openings 50 arranged on the ceiling serve to clean the boiler.
The heating water flows into the interior of the housing 1 through inlet pipes 38, 39 arranged on the top of the housing 1.
The mixing tube 17 represents an essential element of the described firing boiler. As can be seen from FIGS. 1 and 3, the mixing tube 17 is arranged just above the refractory floor covering 8 in a recess 40 of the refractory rear wall covering 10. The design and arrangement of the mixing tube 17 is essential for the proper operation of the boiler. For the operation of the boiler, it is also necessary to use a fan for air and gas transport. This can work, for example, in the outlet pipe 37 as a suction fan.
The described boiler works as follows:
Since the firing boiler described primarily works with split wood as fuel, the combustion chamber 7 is designed to receive the split wood. The size of the combustion chamber 7 can expediently be chosen so that the fuel requirement can be filled in for twenty-four hours. An ember bed is formed in the lower part of the wood filling, the flue gases likewise being drawn off through the mixing tube 17 in the lower part of the wood filling. However, the embers embedding promotes the emission of carbonization gases from the wood filling, which results in partial gasification of the wood.
The mixing tube 17 forms a mixing section in which the smoke and smoldering gases entering from the combustion chamber 7 are mixed intensively with secondary air. The secondary air flowing into the annular gap 22 through the inlet pipe 51 is preheated on the wall of the afterburning chamber 15 before it is sucked into the mixing pipe 17.
The complete combustion of the gases and the particles therein takes place in the afterburning chamber 15. This results in extraordinarily low emissions, which are below 50 mg / m3 for solids, for example.
1 and 2 show the simple and compact, space-saving design of the boiler. The extraordinarily favorable emission values are essentially achieved by the described design of the mixing section 17 between the combustion chamber 7 and the afterburning chamber 15.