DE102006053203A1

DE102006053203A1 - Heizkessel für Festbrennstoffe

Info

Publication number: DE102006053203A1
Application number: DE102006053203A
Authority: DE
Inventors: Stephan Middendorf; Leopold Dworiankin
Original assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2006-11-09
Filing date: 2006-11-09
Publication date: 2008-05-15

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Heizkessel für Festbrennstoffe, bestehend aus einem Gehäuse (1) mit Rauchgasabzug (5) und mit einer feuerfesten Ausfütterung (2), in der ein Festbrennstoff-Füllraum (3) mit Primärluftzufuhr (16), eine Aschfallsammelkammer (4) und ein eine Vergasung- und Brennzone zwischen Füllraum (3) und Aschfallsammelkammer (4) bildenden Verbindungskanal (6) angeordnet sind, wobei der im Boden (14) des Füllraumes (3) angeordnete Verbindungskanal (6), stromab von seiner füllraumseitigen Zuströmöffung (7) und von einer an der Ausfütterung (2) des Verbindungskanals (6) ausgebildeten Strömungsabrißkante (8) ausgehend, mit einer Erweiterung (9) und im Bereich der Erweiterung (9) mit einer Sekundärluftzufuhr (10) versehen ist. Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Sekundärluftzufuhr (10) von einer Wandungsseite des Verbindungskanals (6) her in den Wirkbereich (11) stromab der Strömungsabrißkante (8) ausmündend angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Heizkessel für Festbrennstoffe gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Ein Heizkessel für Festbrennstoffe der eingangs genannten Art ist nach der DE 37 37 661 A1 bekannt, mit dem eine möglichst schadstoffarme Verbrennung von Festbrennstoff angestrebt wird. Eine in einer den Füllraum vom Aschfallsammelraum trennenden Bodenplatte aus feuerfestem Material angeordnete Erweiterung, die als Durchströmkanal die Vergasungs- und Brennzone dieses Kessels bildet, ist mit ihrem etwa herzförmigen Querschnitt an ein die Erweiterung quer durchgreifendes, von außen mit Luft zu versorgendes Rohr für die Sekundärluftzufuhr angepaßt, wobei das Rohr in der oberen Hälfte des die Erweiterung bildenden Herzkurvenquerschnittes angeordnet ist.
Ähnlich ungünstige Durchmischungsverhältnisse für das Abgas und die zugeführte Sekundärluft liegen bei ebenfalls bekannten, druckschriftlich nicht belegbaren Festbrennstoffheizkesseln vor, bei denen die Sekundärluftzufuhr direkt in einen durchgehend relativ engen, spaltartigen Durchströmkanal erfolgt, der also keine Erweiterung und auch keine Strömungsabrißkante hat und bei dem die zugeführte Sekundärluft auf direktem Wege mit der Strömung mitgerissen und ausgetragen wird und insoweit nur wenig zu einer schadstoffärmeren Verbrennung beiträgt.
Der Erfindung liegt, ausgehend von einem Heizkessel der eingangs genannten Art, die Aufgabe zugrunde, derartige, generell zu einer nicht gerade schadstoffarmen Verbrennung neigende Festbrennstoffheizkessel dahingehend umzugestalten, dass deren schadstoffarme Verbrennung weiter verbessert wird.
Diese Aufgabe ist mit einem Heizkessel der eingangs genannten Art nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 genannten Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich nach den Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße Ausbildung nutzt zwar auch die vorerwähnte Strömungsabrißkante, sorgt aber dann dafür, daß die im Wirkbereich stromab hinter der Abrißkante entstehende Strömungsverwirbelung für die intensive Durchmischung der Abgasströmung mit der Sekundärluft tatsächlich und intensiv erfolgen kann, indem diese direkt von der Seite her in den an die Abrißkante sich stromab anschließenden Wirkbereich dieser Kante eingeleitet wird.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist also gegenüber dem Heizkessel nach der vorerwähnten DE 37 37 661 A1 ein völlig anderer Weg eingeschlagen. Sofern nämlich bei diesem Heizkessel an der dortigen Strömungsabrißkante überhaupt massive Verwirbelungen entstehen, werden diese von der das zentrale Sekundärluftzufuhrrohr an- und umströmenden Gesamtabgasströmung zur Seite gegen die Wände der Erweiterung gedrückt und fließen dort grenzschichtartig mehr oder weniger langsam zur in den Aschfallsammelraum ausmündenden Abströmöffnung der Erweiterung ab. Die zentral durch das Rohr zugeführte Sekundärluft kann bei diesen Strömungsverhältnissen nicht bzw. nicht wesentlich zum von der Abrißkante verwirbelten Anteil der Gesamtströmung gelangen, sondern wird von dieser mitgerissen und direkt durch die Abströmöffnung in den Aschfallsammelraum ohne wesentliche Vermischung transportiert.
Was beim erfindungsgemäßen Heizkessel die Sekundärluftzufuhr in den Wirkbereich betrifft, so kann diese entweder in der den Boden der Füllkammer bildenden Ausfütterung selbst untergebracht sein, was wegen des damit ver bundenen Vorwärmeffektes bevorzugt wird, oder auch in Form eines in der Erweiterung seitlich angeordneten Röhrchens, dessen Luftaustrittsöffnungen in den Wirkbereich gerichtet sind, was noch näher erläutert wird.
Wie sich gezeigt hat, ergibt sich durch die erfindungsgemäße Ausbildung eine wesentlich verbesserte Reduzierung der Schadstoffe, d.h., insbesondere des CO-Anteiles im Abgas. Während beim bekannten Stand der Technik diese Anteil größer als 100 ppm ist, gelingt es mit dem erfindungsgemäßen Heizkessel diesen auf unter 100 ppm abzusenken.
Als zusätzlich förderlich für diesen Effekt, der zudem apparativ für die Herstellung solcher Kessel praktisch keinerlei Mehraufwand bedeutet, besteht eine vorteilhafte Weiterbildung darin, dass die Erweiterung stromab der Strömungsabrißkante in Form einer Hinterschneidung ausgebildet ist, und zwar eine Hinterschneidung in dem Sinne, dass hinter der Abrißkante eine markante Wandabstufung vorliegt und nicht etwa ein sich mehr oder weniger strömungsgünstiger Wandverlaufsanschluß an die Abrißkante, wie das beim einleitend vorerwähnten Heizkessel nach der DE 37 37 661 A1 der Fall ist.
An sich könnte beim Heizkessel nach der Erfindung die die Abrißkante markant freistellende Erweiterung bis zum Übergang in den Aschfallsammelraum geführt sein, hierbei hat sich aber, den Effekt der Schadstoffminderung weiter unterstützend, ferner als vorteilhaft erwiesen, dass die Erweiterung stromab unter dem Wirkbereich der Strömungsabrißkante sich zu einem Abströmkanal trichterförmig verengend ausgebildet ist. Eine solche Verengung der Erweiterung liegt zwar auch bei der herzkurvenartigen Kanalerweiterung nach der DE 37 37 661 A1 vor, diese führt aber wegen der dort zentral angeordneten Sekundärluftzuführung nicht zu einer Einschnürung des Abgasstromes.
Der erfindungsgemäße Heizkessel wird anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen nachfolgend näher erläutert.
Es zeigt schematisch
1 einen Schnitt durch den Heizkessel längs Linie I-I in 2;
2 eine Draufsicht auf den Boden des Füllraumes;
3-6 vergrößert in Teilschnitten verschiedene Ausführungsformen durch den Boden des Füllraumes ebenfalls längs Linie I-I in 2 und
7 im Schnitt eine besondere Ausführungsform des Füllraumbodens.
Der Heizkessel besteht unter Verweis auf 1 aus einem Gehäuse 1 mit Rauchgasabzug 5 und mit einer feuerfester Ausfütterung 2, in der ein Festbrennstoff-Füllraum 3 mit einer Primärluftzufuhr 16, eine Aschfallsammelkammer 4 und ein eine Vergasungs- und Brennzone zwischen Füllraum 3 und Aschfallsammelkammer 4 bildenden Verbindungskanal 6 angeordnet sind. Der im Boden 14 des Füllraumes 3 angeordnete Verbindungskanal 6, stromab von seiner füllraumseitigen Zuströmöffnung 7 und von einer an der Fütterung 2 des Verbindungskanales 6 ausgebildeten Strömungsabrißkante 8 ausgehend, ist mit einer Erweiterung 9 und im Bereich der Erweiterung 9 mit einer Sekundärluftzufuhr 10 versehen.
Für einen solchen Heizkessel ist nun insbesondere unter Verweis auf die 3 bis 6 wesentlich, dass die mindestens eine Sekundärluftzufuhr 10 von einer Wandungsseite des Verbindungskanales 6 her in den Wirkbereich 11 stromab der Strömungsabrißkante 8 ausmündend angeordnet ist.
Wie insbesondere aus 2 ersichtlich, handelt es sich beim Verbindungskanal 6 um einen in Bezug auf die Fläche des Bodens 14 relativ schmalen, im Querschnitt rechteckigen Schacht, dem von beiden Seiten her die Sekundärluft zugeführt wird.
Die Sekundärluftzufuhr 10, die, wie vorerwähnt, beidseitig zum Verbindungskanal 6 angeordnet ist, besteht in bevorzugter Ausführungsform, wie aus den 1 und 2 ersichtlich, aus zwei den Boden 14 durchgreifenden Kanälen 17, von denen eine Mehrzahl durchmesserkleinerer Kanäle 18 in den Wirkbereich 11 der Strömungsabrißkanten 8 ausmünden, wie dies vergrößert auch in den 3, 5 und 6 verdeutlicht ist.
Diese kleineren Kanäle 18 können vorteilhaft, was bspw. im rechten Teil der 3 mit dargestellt ist, ausgehend von den Kanälen 17 auch schwach geneigt ansteigend in den den Wirkbereich 11 gerichtet angeordnet sein, um den Mischeffekt weiter zu verbessern. Außerdem ist es aber auch möglich, gemäß 6, seitlich in jeder Erweiterung 9 ein Röhrchen 20 mit Luftaustrittsöffnungen 21 anzuordnen, die in den Wirkbereich 11 der Abrißkanten 8 gerichtet sind.
Die in den 3 bis 6 dargestellten Ausführungsformen verdeutlichen, was hier und zwar im vorliegenden Zusammenhang mit der Strömungsabrißkante 8 unter einer Hinterschneidung 12 zu verstehen ist, hinter der sich unmittelbar der Wirkbereich 11 anschließt, der strömungstechnisch quasi einen sogenannten Totwasserzwickel bildet.
Es handelt sich dabei also um eine scharfkantige, im Wesentlichen rechtwinklig hinter dem Zuströmkanal 7' angesetzte bzw. ausgeformte Stufe S, die bei der Ausführungsform nach 6 in Bezug auf die Durchströmrichtung P selbst noch konkav oder, wie gepunktet angedeutet, weitergehend hinterschnitten sein kann.
Da die Einleitung der Sekundärluftströme direkt bzw. von den Seiten her in die Gasverwirbelungszonen erfolgt, ist für eine wesentlich verbesserte Durchmischung der abströmden Gase gesorgt, damit für einen intensivierten Ausbrand der Gase und damit wiederum für eine entsprechende Minderung der Schadstoffe.
Unter Bezug auf die 5, 6 entspricht vorteilhaft der Abströmkanal 13 mit seinem Querschnitt dem der Zuströmöffnung 7 des Verbindungskanales 6, wobei ferner die sich stromauf vor dem Abströmkanal 13 befindliche Erweiterung 9 bzgl. ihrer Durchströmlänge L maximal der Hälfte der Länge L' des Verbindungskanales 6 entspricht. Dadurch wird die Erweiterung 9 zu einer definierten Stau- und Verwirbelungskammer, an deren Ausgang das quasi expandierte Strömungsvolumen wieder komprimiert durch den Abströmkanal 13 abfließt.
Da, abgesehen von der Ausführungsform gemäß 4, die Sekundärluftzufuhr 10 mit ihren Kanälen 17, 18 und der Verbindungskanal 6 mit seiner Erweiterung 9 und den Strömungsabrißkanten 8 im Boden 14 anzuordnen sind, ist der Boden 14 des Füllraumes 3 unter Verweis auf 7 vorteilhaft aus mehreren Teilen 22, 23 gebildet, deren passend zusammenfügbaren Flächen 24 die im Boden 14 angeordneten Kanäle 17, 18 der Sekundärluftzufuhr 10 und den Verbindungskanal 6 teilen. Dadurch ist die Ausformung der genannten Kanäle und der Erweiterung wesentlich erleichtert, d.h., die Benutzung von Formkernen ist entbehrlich. Diese Ausführungsform ist also noch günstiger als die gemäß 1, bei der der Verbindungskanal 6 und die Sekundärluftzufuhr 10 im Boden 14 des Füllraumes 3 in einem separat in den Boden 14 einsetzbaren Bodenstück 15 angeordnet sind, dessen Herstellung noch entsprechende Formkerne verlangt.

1: Gehäuse
2: Ausfütterung
3: Festbrennstoff-Füllraum
4: Aschfallsammelkammer
5: Rauchgasabzug
6: Verbindungskanal
7: Zuströmöffnung
7': Zuströmkanal
8: Strömungsabgrißkante
9: Erweiterung
10: Sekundärluftzufuhr
11: Wirkbereich
12: Hinterschneidung
13: Abströmkanal
14: Boden
15: Bodenstück
16: Primärluftzufuhr
17: Kanal
18: durchmesserkleiner Kanäle
20: Röhrchen
21: Öffnung
22, 23: Teile
24: Flächen
L: Durchströmlänge
L': Länge des Verbindungskanales
S: Stufe

Claims

Heizkessel für Festbrennstoffe, bestehend aus einem Gehäuse (1) mit Rauchgasabzug (5) und mit einer feuerfesten Ausfütterung (2), in der ein Festbrennstoff-Füllraum (3) mit Primärluftzufuhr (16), eine Aschfallsammelkammer (4) und ein eine Vergasungs- und Brennzone zwischen Füllraum (3) und Aschfallsammelkammer (4) bildenden Verbindungskanal (6) angeordnet sind, wobei der im Boden (14) des Füllraumes (3) angeordnete Verbindungskanal (6), stromab von seiner füllraumseitigen Zuströmöffnung (7) und von einer an der Ausfütterung (2) des Verbindungskanales (6) ausgebildeten Strömungsabrißkante (8) ausgehend, mit einer Erweiterung (9) und im Bereich der Erweiterung (9) mit einer Sekundärluftzufuhr (10) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Sekundärluftzufuhr (10) von einer Wandungsseite des Verbindungskanales (6) her in den Wirkbereich (11) stromab der Strömungsabrißkante (8) ausmündend angeordnet ist.
Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluftzufuhr (10) in der den Boden (14) bildenden Ausfütterung (2) angeordnet ist.
Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass seitlich in der Erweiterung (9) als Sekundärluftzufuhr (10) ein Röhrchen (20) mit Luftaustrittsöffnungen (21) angeordnet und die Öffnungen (21) in den Wirkbereich (11) der Abrißkante (8) gerichtet sind.
Heizkessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erweiterung (9) stromab der Strömungsabrißkante (8) in Form einer Hinterschneidung (12) ausgebildet ist.
Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erweiterung (9) stromab unter dem Wirkbereich (11) der Strömungsabrißkante (8) zu einem Abströmkanal (13) trichterförmig verengt ausgebildet ist.
Heizkessel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abströmkanal (13) mit seinem Querschnitt dem der Zuströmöffnung (7) des Verbindungskanales (6) entspricht.
Heizkessel nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Erweiterung (9) bzgl. ihrer Durchströmlänge (L) maximal der Hälfte der Länge (L') des Verbindungskanales (6) entspricht.
Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluftzufuhr (10) aus mindestens einem den Boden (14) durchgreifenden Kanal (17) gebildet ist, von dem aus mehrere, durchmesserkleinere Kanäle (18) in den Wirkbereich (11) der Strömungsabrißkante (8) ausmünden.
Heizkessel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die durchmesserkleineren Kanäle (18) in der den Boden (14) bildenden Ausfütterung (2) zum Wirk bereich (11) hin ansteigend geneigt angeordnet sind.
Heizkessel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (6) und die Sekundärluftzufuhr (10) im Boden (14) des Füllraumes (3) in einem separat in den Boden (14) einsetzbaren Bodenstück (15) angeordnet sind.
Heizkessel nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (14) des Füllraumes (3) aus mehreren Teilen (22, 23) gebildet ist, deren passend zusammenfügbaren Flächen (24) die im Boden (14) angeordneten Kanäle (17, 18) der Sekundärluftzufuhr (10) und den Verbindungskanal (6) teilen.